应变相关修正剑桥模型在基坑开挖中的应用

提出考虑上海软土在小应变情况下刚度随应变非线性衰减的应变相关修正剑桥模型(SDMCC),将其应用于基坑分步开挖和支护的数值分析中。采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D),建立了考虑支护结构与土体的接触作用的基坑有限差分数值模型,土体采用应变相关修正剑桥模型,分析了基坑开挖过程中围护墙侧移、地表沉降、坑底隆起等变形性状。

RTC路径下粉质粘土平面应变三轴试验研究及剑桥模型的修正

岩土类材料宏观力学特性有强烈的应力路径依赖性,不同应力路径下材料所表现出的应力应变特性存在较大的差异。对于实际工程中存在的卸荷路径工况,目前通常的做法是通过加载的试验方法确定岩土体力学参数和本构模型,这对于实际工程中的卸载路径工况可能会存在较大误差。因此,从实际工程出发,针对深基坑开挖时典型的侧向卸荷工况进行分析。利用多路径平面应变三轴仪对黄石青龙山麓粉质粘土进行了常规路径下平面应变三轴固结排水剪切试验(CTC路径)和减围压平面应变固结排水剪切试验(RTC路径),对比分析2种应力路径下的试验现象,描述了二者的差异性,重点分析了RTC路径下试样所表现出来的力学特性。基于剑桥模型框架的前提下,推导出了基于本文材料的修正剑桥模型方程,为数值分析奠定了基础。

基于广义位势理论的弹塑性模型的修正方法

广义位势理论为岩土材料的本构关系研究指出了更开阔的数学背景。基于广义位势理论可以构造出基于应力空间的模型,也可构造出基于应变空间的模型,利用两者之间的对称关系,把常规基于应力空间的模型直接转换到应变空间中,对本构模型自身无需做任何改动。基于广义位势理论也可以对已有的本构模型进行修正,比如,可基于广义位势理论对剑桥模型进行修正,这种修正可使模型利用三轴试验的部分成果,比单纯使用压缩试验的成果要好一些。另外,也初步探讨了模型的三维化问题。

修正双线性模型对隔震结构地震响应影响的研究

铅芯橡胶支座的水平力学性能指标受到剪切应变的影响(剪应变相关性),剪应变相关性必然影响到隔震结构地震响应的计算结果。基于不同规格铅芯橡胶支座(直径700 mm、1 000 mm、1 100 mm)的剪应变相关性压剪试验,对考虑剪应变相关性的屈服后刚度及屈服力修正公式进行了验证。分别采用双线性与修正双线性恢复力模型模拟铅芯橡胶支座,对单质点及多质点的隔震结构模型进行时程分析;通过计算和对比,研究了采用两种双线性模型的地震响应差异。结果表明:采用双线性模型基本能够满足要求,但当地震波加速度峰值或铅芯橡胶支座剪切应变较小时,存在较大误差.

考虑初始结构性影响的吹填软土应力应变关系

正常沉积的土体一般具有结构性。目前土的本构模型大多数是以非结构性土为基础建立和发展起来的,用它们直接描述结构性土体应力应变关系与实际出入很大。本文以修正的剑桥模型为基础,建立了可考虑初始结构性影响的结构性吹填软土应力应变关系。与修正的剑桥模型相比,只增加了参数的个数,但参数种类不变,其值通过室内常规试验即可求得。对天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理后有结构强度的吹填土体进行了三轴试验,通过试验值与模拟值分析比较,初步验证了本文建立的模型可以考虑吹填软土初始结构性影响。

基于三维数值分析的基坑突涌临界水头确定方法

针对既有基坑突涌稳定分析方法存在的问题,采用应变相关修正剑桥模型(SDMCC),借助FLAC3D软件建立了考虑承压水作用的三维有限差分模型,得到了坑底隆起变形与承压水头Hw之间的关系。随着承压水头的增大,坑底隆起变形分为3个阶段:缓慢匀速变形、加速变形和急剧匀速变形。提出一种确定基坑突涌临界水头Hwcr的数值方法,并将该方法与其他文献临界水头计算结果进行对比。

饱和粘土中挤土桩球形孔扩张的弹塑性分析

将桩体的贯入模拟为球形孔扩张过程,基于球形孔扩张理论,在大变形假定情况下,结合修正剑桥模型及水力压裂理论,由最小耗能原理从能量的角度推导出了饱和粘土中挤土按球形孔扩张后,土体整个范围内,包括弹性区、塑性区、破坏区内的应力、位移及超孔隙水压力分布的解析解,并分析了土的超固结比对结果的影响,和其他文献的比较结果证明了理论解析解的准确性。其结论可为饱和土地区的静压桩、打桩等岩土工程问题提供理论依据。

非饱和土中球形孔扩张的弹塑性分析

在考虑土体体积变化的前提下,应用圆孔扩张理论,结合修正剑桥模型推导出了非饱和土中球形孔扩张后,土体中应力、位移分布的解析解;并分析了超固结比对结果的影响。其结论可为非饱和土地区的沉桩、静力触探等岩土工程问题提供理论依据。

非饱和土中考虑沉桩扩孔速度影响的半球形孔扩张弹塑性分析

考虑沉桩速度的影响,以弹塑性交界面处单元体的运动情况作为参考标准,将区域内任何一点的应力、位移描述成塑性区半径R和扩张后土体单元距孔心的距离r的函数。采用小变形理论求解出r处的径向扩张速度与弹塑性交界面的径向扩张速度之比V应满足的关系式,其中后者的扩张速度认为由两部分组成:一部分是由于扩张本身而产生的位移速度;另一部分是由于扩张引起的变形导致土体连续进入塑性状态而产生的附加速度。最后,结合扩孔速度的已知条件推导出沉桩后桩周土体塑性区、破坏区范围,而整个土体范围内应力、位移表达式形式仍与已有相关研究中一样。该研究成果可为非饱和土地区的动力打桩和夯扩桩等工程问题提供一定的理论依据。

SBPT测定饱和黏土不排水强度的数值分析

自钻式旁压试验(SBPT)因其扰动小、测试深度大、可以获得应力-应变、超孔隙水压力-时间等数据,在确定地基土性参数和地基承载力上有广阔的应用前景。然而由于用以解释SBPT的柱孔扩张理论(Gibson解)所采用的平面应变假设与实际旁压腔几何特征存在差异,导致试验所确定的黏土不排水剪切强度su与其他原位试验或室内试验结果存在差别。针对旁压腔几何尺寸及应变区间的选择对确定su的影响,基于修正剑桥模型,采用低渗透系数控制加载过程中不排水条件,利用有限元法模拟SBPT,建议了不同应力历史下确定su的应变区间,并给出考虑几何尺寸影响时相应应变区间上su的修正系数。

沉桩扩孔速度对非饱和土中柱形扩孔挤土效应的影响

以柱形孔扩张模型模拟沉桩过程,推导出考虑速度因素时桩周土体的位移、应力解析解。以弹塑性交界面处单元体的运动情况作为参考标准,将区域内任何一点的应力、位移描述成塑性区半径和扩张后土体单元距孔心的距离函数。采用小变形理论求解出r处的径向扩张速度与弹塑性交界面的径向扩张速度之比应满足的关系式。最后结合沉桩扩孔速度的已知条件推导出沉桩后桩周土体塑性区、破坏区的范围。整个土体范围内应力、位移表达式形式仍与不考虑沉桩扩孔速度因素时一样。对比分析表明:相同桩径条件下,随着沉桩扩孔速度的增加,沉桩影响范围也越来越大;随着桩径的增加,沉桩影响范围受沉桩扩孔速度的影响程度则降低。此外,相应于一定的桩径存在一个临界速度,当沉桩扩孔速度大于临界速度时,需要考虑速度因素;小于临界速度时不考虑则是偏于安全的。本文的研究成果主要适合于软土。

软土地区深开挖与临近建筑物的相互影响

通过三维快速拉格朗日方法,建立了土体、支护结构以及临近建筑物的相互作用的深基坑有限差分的数值模型,土体采用应变相关的修正剑桥模型,分析了基坑开挖引起地表变形的特征和规律,得到了基坑和建筑物基础的位移变化规律,探讨了地表变形对建筑物的影响,为基坑工程设计与施工、临近建筑物的保护以及城市地下空间的开发利用提供了参考依据。

考虑固体颗粒压缩变形的城市固体废弃物本构模型

目前,土体本构模型被广泛应用于有关垃圾填埋场的数值分析中,虽然城市固体废弃物的一些性质与土体相似,但城市固体废弃物的一些特有性质(如含有大量可压缩固体颗粒)是现有土体本构模型不能反映的。提出一个能够反映城市固体废弃物力学行为的本构模型,以应用于数值分析,更好地为垃圾填埋场的运营服务。在修正剑桥模型的基础上,通过考虑城市固体废弃物中的部分固体颗粒的可压缩性,建立城市固体废弃物的本构模型。模型将城市固体废弃物分为2部分:一部分包括颗粒不可压缩的固体废弃物与孔隙,另一部分为颗粒可压缩的固体废弃物。不可压缩的固体成份与孔隙组成的部分假设为弹塑性变形;颗粒可压缩的固体废弃物变形较大且不可恢复,假设为塑性变形。该模型建立在修正剑桥模型基础上,各参数具有明确的物理意义,通过将模型的数值计算结果与室内三轴排水试验结果进行比较,发现模型可以更好地反映城市固体废弃物的应力–应变特征,初步验证了模型的合理性和准确性。