成层土中基坑二维稳态渗流场解析解研究

成层土中基坑渗流场与均质土层中渗流场有较大差别,最有可能发生突涌事故的位置也不同,因此准确确定成层土中基坑二维稳态渗流场是基础工程建设中的重要课题。针对成层土中基坑稳态渗流问题,将基坑周围土体按成层条件划分为多个区域,采用叠加原理和分离变量法给出各区域水头分布的级数形式解,根据各区域间连续条件和傅里叶级数正交性求得成层土中基坑二维稳态渗流场水头分布的显式解析解。将解析解计算得到的水头分布、挡墙水压力与有限元软件计算结果进行验证,并将解析解退化为单层土形式与半解析解进行对比,结果吻合较好,验证了解析解的正确性和有效性。将解析解与考虑水土相互作用的水压计算方法和等效渗透系数方法进行对比,基于解析解进一步给出计算基坑内出逸比降、挡墙水压力和抗突涌安全系数的计算公式,并结合工程案例分别采用解析方法和等效渗透系数方法对成层土中基坑的抗突涌性能进行分析对比。研究结果表明:解析解在求解成层土中基坑渗流场时更贴合实际情况;考虑不同土层间渗透系数差异时,水头在渗透性较差的土层中变化更快;上层土体渗透系数较小时,在土层分界面处发生突涌的风险比挡墙底部更大;等效渗透系数方法在求解某些成层土基坑渗流场时误差较大。

污染方式对典型成层土中苯胺迁移转化的影响

苯胺污染场地的治理因其特有的相间转换性质而具有挑战,污染方式对污染物的迁移转化起到关键作用,掌握苯胺在土壤环境中的迁移转化规律,预测不同污染方式对苯胺在上部低渗透、下部高渗透(low permeability zone-high permeability zone,LPZ-HPZ)的典型成层土中迁移转化的风险,对污染场地苯胺的修复方案制定具有指导意义。以贺兰山冲积扇的典型成层土为研究对象,在场地调查的基础上进行吸附/解吸实验和土柱淋滤实验,并根据污染场地条件建立苯胺迁移转化模型,研究土壤类型和污染方式(短期高剂量,1个月泄漏100 kg;长期低剂量,1年泄漏100 kg)对苯胺迁移转化规律的影响。结果表明:①研究区砂土和粉土介质对苯胺的吸附过程符合准二级动力学方程,吸附等温线满足Freundlich等温吸附模型。②TMVOC模型能够较好地模拟不同污染方式下典型成层土中苯胺的迁移转化过程。③相同泄漏量情况下,苯胺在长期低剂量污染方式下迁移更深,证明污染源浓度与迁移深度关系密切。④污染事件发生前期,在短期高剂量的污染方式下97.21%的苯胺以非水相液体(nonaqueous phase liquid,NAPL)相存在,长期低剂量污染方式下NAPL相的占比略低,为93.76%;泄漏后期,两种污染方式下均有99.8%以上的苯胺溶解为液相,并达到相间的动态稳定。⑤苯胺进入地下环境3年后,在长期低剂量的污染方式下率先在LPZHPZ界面发生突破行为,进入高渗透层后苯胺纵向迁移速度增加,对地层更深处造成污染,并且此时相间重分配现象最明显。因此在泄漏发生后应在苯胺进入高渗透介质前及时补救,最晚不应超过泄漏事件发生后3年,且前期修复方案选择着重苯胺的NAPL相修复,后期选择利于液相苯胺修复的方案。

非饱和成层土稳态渗流问题的解析计算

广泛存在的成层土非饱和稳态渗流的解析计算研究相对薄弱。基于达西渗流定律和土层界面的连续性条件,构建了描述非饱和成层土稳态渗流过程的数学模型。使用分离变量技术和数学归纳思想,获得了成层土同一剖面的基质吸力、有效饱和度与吸应力沿高程分布的解析表达式。基于COMSOL数值分析平台对解析算法进行了验证计算,从而实现了非饱和成层土稳态渗流过程的解析求解。而后,探讨了土层界面的存在对渗流过程的影响并开展了参数敏感度分析。分析表明:(1)相同入渗条件下相同高程处砂土的基质吸力最大,黏土最小;地表渗流速率的不同对粉土层有效饱和度分布影响最大,砂土最小。(2)黏土层中吸应力近乎线性增长,砂土的吸应力则沿高程先增大后减小;土层界面的存在会影响基质吸力沿高程的增长速率,可使有效饱和度和吸应力沿高程分布发生突变。(3)Gardner模型参数α值越小,相同高程处基质吸力值越大,饱和土渗透系数(ks值)越小,基质吸力增长速率越慢;α与k_(s)取值越小,有效饱和度降低速率越慢;α取值越小或ks取值越大,地表处的吸应力值越大。研究成果可为诸如边坡稳定等工程地质问题提供一定的理论支撑。

成层土中长桩竖向承载激发规律研究

针对成层土中长桩承载问题,结合试桩数据建立了成层土中长桩-土相互作用特性分析模型,基于分析模型研究了上砂下黏和上黏下砂中砂-黏占比对长桩竖向荷载-位移曲线的影响,分析了成层土中长桩侧阻和端阻承载分担比,揭示了达到极限承载力时成层土中桩基侧阻、端阻激发规律,即黏土层侧阻可完全激发、砂土层侧阻未完全激发,桩底端阻完全激发,为实际工程中长桩承载力计算选取合理参数提供依据。

考虑锚胫作用下拖曳锚在成层土中的嵌入机制

深水系泊系统及其系泊基础的开发已成为发展清洁能源“海上风电”项目的关键课题。拖曳锚由于其较大的承载力和易安装等诸多优势而具有较好的发展前景。基于极限塑性上限分析法,建立了考虑锚胫作用的拖曳锚在成层土中的嵌入轨迹、姿态以及承载力预测模型。利用已有模型试验对本模型进行验证,结果表明:考虑锚胫作用模型轨迹预测误差控制在13.5%,轨迹和角度预测误差相比于未考虑锚胫作用的模型分别降低了78.32%和36.9%。硬土层的强度、厚度和深度共同制约着拖曳锚的嵌入能力。首先,强度比影响最明显,强度比越大,嵌入深度越小,直至无法穿透硬土层;其次,是深度影响,深度越大,承载力越大。能够穿透硬土层的条件下深度对轨迹和角度影响不明显,不能够穿透硬土层条件下深度越大,嵌入深度越大,最终角度越小;最后,是厚度影响,硬土层厚度越大,嵌入过程中承载力越大。

成层土中基坑开挖降水引起的地表沉降分析

研究了成层土中基坑开挖降水引起的土中应力变化及周围地表沉降求解方法 ,在假定降水引发的渗流是一维竖向的条件下 ,推导了基坑周围土中有效应力和地表沉降计算公式 ,并结合具体基坑降水工程实例作了计算与实测结果的比较与分析 .研究结果表明 。

成层土中考虑桩侧土竖向作用的螺纹桩动力响应

螺纹桩与桩侧土的作用相对复杂,为研究竖向荷载作用下螺纹桩的振动特性,从桩侧土的三维波动出发,考虑土体的成层特性和桩侧土的竖向作用,对滞回阻尼地基中螺纹桩纵向振动特性进行研究。基于三维波动理论建立桩侧土波动方程,采用Laplace变换和修正阻抗函数传递法得到桩土完全耦合条件下的螺纹桩振动响应解。将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,证明螺纹桩-土相互作用模型的合理性。结果表明:相比桩侧土为均质体的假定,考虑土体的成层特性可以充分考虑应力波在分层界面的反射和折射现象,更符合实际情况;在有效桩长范围内,随着桩长的增加,桩侧土对螺纹桩的侧摩阻力越大,阻尼效应越明显;螺纹桩螺牙的存在对桩体具有一定的减振效应,且随着螺牙外径的增加,桩顶复刚度曲线的振幅水平和共振频率均显著减小。理论模型能较好地模拟螺纹桩与成层土的相互作用机理,为螺纹桩的应用提供理论支撑。

考虑渗流的多层土盾构隧道开挖面稳定性分析

将传统模式的均匀土层稳定性分析的楔形体模型扩展到渗流作用下多层土盾构隧道开挖面的稳定性分析中,楔形体是由梯形组成的,每一个梯形对应一层土层,利用太沙基有效松动土压力理论和上限定理,推导了渗流作用下盾构穿越多层土的隧道开挖面极限支护压力的计算公式。极限支护压力等于作用于开挖面有效支护压力和渗透力的总和,其中有效支护压力用极限平衡来计算,渗流力采用水头分布的数值方法计算获得的。计算结果发现,渗透力构成了总支护压力的主要部分,分析结果和工程实测数据是一致的。

多层土中桩的振动半解析解

采用积分变换法 ,在考虑桩端的弹性阻尼支承、桩顶作用任意荷载的条件下 ,推导了桩与多层土共同作用模型的振动半解析解。进而给出瞬态半个正弦波荷载作用下桩顶响应的振动半解析解的表达式。最后采用计算机模拟分析了桩侧多层土参数对桩顶响应的影响 。

成层土中桩的纵向振动理论研究及应用

建立了成层土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长桩在任意激励力作用下的定解问题 ,并用拉氏(Laplace)变换和阻抗传递函数求得任意层土中桩顶速度和位移响应函数的解析表达式 ,然后利用卷积定理和付里叶 (Fourier)逆变换求得半正弦脉冲激振力作用下桩顶的速度时域响应的半解析解 (积分形式解 )。并就成层土中的桩侧和桩底土的特性的变化对桩纵向振动特性的影响作了进一步的研究。

新疆旱区浅层土盐分动态及其影响因素

以新疆农七师125团灌区为研究对象,基于169个点的2002—2008年表土层0～30 cm的盐分数据,采用统计分析和其他相关分析方法探讨了表土盐分的年际变化特征及其影响因素.结果表明,2002年以后面上平均的表土盐分总体呈下降趋势,脱盐率为18%.滴灌使用年限、土壤质地、土壤本底盐分状况和地下水埋深对表土盐分有一定影响,但在现有条件下均不及降雨量影响显著.不同土质表土盐分的变化特征,呈现出轻质土盐分波动幅度大于重质土、轻质土易于积盐和脱盐、重质土盐分变化则较为稳定的特征,而不同滴灌使用年限之间没有明显的差别和规律性.表土盐分变化与年降雨量之间关系密切,根据年降雨量与近期多年平均降雨量差值和次年表土盐分与当年表土盐分差值,建立了表土盐分与主要影响因素——年降雨量的关系,并提出保持表土盐分稳定的平衡降雨量为192 mm,以及根据当年降雨量与平衡降雨量的差值预测预报下年度盐分状况及水量调控措施.

粉土与淤质互层土中管桩压入过程孔隙水压力试验研究

为了解管桩沉桩过程中孔隙水压力的变化情况,通过对杭州萧山某工地的沉桩挤土效应进行现场监测,得出以下结论:场地中央的超孔隙水压力明显大于应力释放孔两侧相应深度处的超孔隙水压力,且应力释放孔内侧的超孔隙水压力也要大于应力释放孔外侧同一深度的超孔隙水压力;超孔隙水压力的动态变化规律绝大多数呈先增长后减少的趋势,沉桩距离较远时,超孔隙水压力整体变化呈缓慢增长趋势,而沉桩距离较近的时候,超孔隙水压力变化多呈先增长后减少趋势;本工程3～7m左右为粉土与淤泥质土的交界面,由于粉土与淤泥质土的渗透性不同,导致超孔隙水压力在3～7m左右会发生突变;PTC-500(65)管桩沉桩时,周围超孔隙水压力的变化明显要大于PTC-400(60)管桩沉桩时周围超孔隙水压力的变化。当沉桩距离小于5m的时候,超孔隙水压力变化比较明显;当沉桩距离超过5m的时候,超孔隙水压力变化逐渐减缓,趋于均速。

变荷载下不排水桩复合地基桩间土和下卧层土固结分析

基于悬浮不排水桩复合地基超静孔隙水压力解答,建立了变荷载条件下复合地基桩间土和下卧层土平均固结度的解析解。通过与有限元解答的对比,证明了解析解的正确性和有效性。利用解析解对桩间土和下卧层土的固结性状进行了分析。研究发现,桩间土的固结速率远大于下卧层土,并随置换率和桩土模量比的增加而增大。在工程设计采用的置换率范围内,桩的贯入比较小时,下卧层土的固结速率受置换率和桩土模量比的影响很小;桩的贯入比较大时,下卧层土的固结速率随置换率和桩土模量比的增加而增大。桩间土和下卧层土的固结存在临界置换率和临界桩土模量比,超过临界值后,桩间土和下卧层土的固结速率不随桩土模量比和置换率的增加而增大。桩间土和下卧层土的固结速率随加荷速率的增加而增大。

成层土中粘弹性变截面桩纵向振动分析及应用

为了合理解释成层土中桩的完整性测试,建立了桩端为弹性阻尼支承、桩顶在任意荷载作用下粘弹性变截面桩与多层土共同作用的数学模型,并利用拉普拉斯变换和矩阵理论求得了该模型的振动半解析解,然后利用卷积定理和傅立叶逆变换求得瞬态半个正弦波作用下桩顶响应的振动半解析解。最后,采用数值模拟分析了桩周土层和桩身截面变化位置相同和不同两种情况下,桩周土参数的变化对桩顶速度响应的影响,同时还分析了桩身阻尼的变化对桩顶速度响应的影响。

淤质与粉质互层土中管桩沉桩过程的土压力

为了研究预应力空心开口管桩沉桩过程中周围土体中的土压力分析,选取杭州郊区某建筑工地进行现场试验.本次试验在试验场地内和防挤沟两侧共埋设了6组振弦式孔隙水压力计和土压力盒,并且在管桩桩端安装了一个土压力盒测试管桩沉桩过程中桩端土压力的变化情况.试验结果表明:在沉桩过程中,周围土体中的径向土压力呈先增大后减少趋势,随着深度的增加,径向土压力的影响越来越大;桩端阻力的变化与静力触探锥尖阻力的变化曲线较为相似,锥尖阻力的变化曲线相比桩端阻力表现出更为明显的波动.该试验结果能够为相关研究和设计提供参考和依据.

成层土中粘弹性桩纵向振动分析及工程应用

为了合理解释成层土中桩的完整性测试,建立了桩端为弹性阻尼支承、桩顶在任意荷载作用下粘弹性桩与多层土共同作用的数学模型,并利用拉普拉斯变换和矩阵理论求得了该模型的振动半解析解;然后利用卷积定理和傅立叶逆变换求得瞬态半个正弦波作用下桩顶响应的振动半解析解;最后采用数值模拟分析了桩侧土阻尼因子和桩身阻尼因子对桩顶速度响应的影响主要表现在对峰值点的衰减上,而桩侧土刚度因子主要对桩顶速度响应曲线的整体形状产生影响。

互层土的动参数试验研究及其地震反应分析

通过对两个工程场地的淤泥质粉质粘土、粉土、粘土、粉细砂及粉土与(粉质)粘土、粘土与粉砂互层土的自振柱试验结果进行分析,给出了部分土的G/Gmax-γ和λ-γ曲线,与Seed和Idriss建议的砂土和粘性土的G/Gmax-γ和λ-γ曲线变化范围进行了对比;同时分析了这两个场地的地震反应,结果表明:在强震时互层土对地震波有很强的滤波作用,且互层土的最大剪应变远大于一般土,在水平地震作用下很容易接近或达到破坏状态。初步分析结果表明:互层土具有软土的动力特性,这主要是由互层土的特殊物理构造造成的,即在互层土中存在很密的水平薄弱面。

成层土中倾斜荷载作用下桩承载力有限元分析

利用有限元方法对现场单桩水平载荷试验进行模拟,在此基础上,分析了成层土中桩在倾斜荷载作用下其竖向分量的有利作用和横向土抗力分布特点。计算结果表明,在地面下一定范围内,倾斜荷载作用下的桩侧摩阻力比水平荷载作用下的桩侧摩阻力大。在土层分界处土抗力分布有明显的跳跃。达到一定深度后,横向土抗力主要是静止土压力,而由荷载引起的横向土抗力很小。承台能有效减小土体及桩的水平位移。模拟的灌注桩和钢管桩桩顶在地面以上的自由长度较小,竖向分量由于桩身挠曲变形而产生的P-Δ效应较小,所以就算例中的灌注桩和钢管桩而言,荷载倾斜度不大时,荷载竖向分量提高了桩的侧阻并由此增大桩侧土竖向应力,对桩水平承载力总体上起到了有利的作用。

南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂的抗液化性能试验研究

南京粉质粘土与粉砂互层土为粉质粘土与粉细砂交互沉积,呈现“千层饼”状外貌;南京粉细砂是一种以片状颗粒成分为主的粉细砂,与通常的圆形颗粒石英砂有一定区别,片状颗粒成分使得南京粉细砂具有各向异性的性质。通过南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂对比液化试验,对其试验成果进行分析,从中发现:无论是偏压固结还是均压团结,当固结压力α_2=100 kPa时,南京粉质粘土与粉砂互层土的液化剪应力比比南京粉细砂的大得多;而当固结压力α_2=200kPa时,两种土的液化剪应力比相当接近。因而,对于重大工程应该慎重考虑它们的液化可能性。

成层土中抗拔桩与抗压桩的模型试验研究

为研究成层土中单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了长细比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明:抗拔桩桩顶上拔量明显大于抗压桩桩顶沉降量,因此抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力;抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性;试验所得桩抗拔总侧摩阻力折减系数λ=0.62;抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身下部侧摩阻力迅速增长;成层土中粘土的抗拔侧摩阻力折减系数大于砂土。