海上风电桩基础打桩过程中桩周土强度弱化模型试验研究

在海上风电桩基础的打桩过程中,桩周土体强度会产生明显的弱化现象,为明确桩周土体强度弱化影响因素以及弱化规律,开展模型试验模拟打桩过程,研究在不同锤击能量下,不同桩体尺寸情况下,桩身侧摩阻力随着贯入深度的变化规律,建立描述土体强度弱化规律的弱化公式,并通过打桩软件对多个海上风电桩基础工程中大直径及超大直径钢管桩的打桩实测数据进行打桩分析。研究结果表明:在打桩过程中,桩周土体强度的弱化同时受到桩体质量以及锤击能量的影响,桩基质量和锤击能量越大,土体强度弱化程度越高。在打桩的可打入分析中,采用该文所建立的弱化公式可模拟出不同尺寸桩体沉桩时土体强度的折减规律。

三峡库区巫峡段消落带碳酸盐岩强度弱化研究

三峡库区175m蓄水以来,巫峡段碳酸盐类岩溶岸坡在周期性水位变动下岩体劣化强烈,新生或加速形成了大量地质灾害。为探讨在周期性水位变动下碳酸盐岩类岸坡的强度弱化规律,文章从岩石(体)物理结构、化学性质、力学性质等方面开展研究,通过在巫峡最具代表性的6处库岸段开展原位岩体回弹强度测试、原位点荷载试验以及室内干湿循环试验、岩石矿物成分分析、岩石表观裂隙扫描等试验,获取水位变动条件下碳酸盐类岩石(体)的强度弱化数据。原位岩体回弹强度测试结果表明,原位岩体单一年度的强度弱化率为0.3%~25.9%,岩体强度弱化主要沿结构面产生;室内干湿循环试验结果表明,在50次干湿循环后,岩石强度弱化率为16.4%~23.9%,变形模量弱化率为17.1%~24.9%;岩石矿物成分分析结果表明,在100次循环后,CaO的溶失量为0.5%~5.6%;岩石表观裂隙扫描结果表明,岩块表面裂纹发育位置发生了水蚀痕迹加重、溶孔变大、裂纹延伸等变形现象。基于干湿循环试验数据,建立岩石强度弱化函数,推导出各点位上的指数函数弱化计算模型。该计算模型可用来预测岩石强度、变形模量与水位循环次数间的数值关系。最后以曲子滩危岩“溃屈”式破坏计算为例,探讨了岩体强度弱化后的灾变效应。研究提出的工作方法和通过试验所得到的数据可为三峡库区岸坡劣化带的防治提供数据和技术支撑。

冲击载荷下张拉预应力红砂岩的动态张拉强度弱化效应

深部围岩的张拉破坏是一种常见的破坏模式,这与深部围岩处于高应力和冲击荷载的组合受力状态密切相关。本研究中,使用分离式霍普金森压杆(SHPB)设备对不同张拉预应力水平下的红砂岩巴西圆盘试样进行不同加载速率下动态张拉试验。基于试验的准静态峰值拉伸应力,确定了试验的张拉预应力水平分别为0,0.48,1.44,2.39,3.45和4.30 MPa,以及400~1200 GPa/s范围内的冲击荷载的加载速率。试验结果表明,动态张拉强度与加载速率呈显著的线性正相关关系,且随着加载速率的增加而逐渐增加,表现出明显的率效应。在相同加载速率下,动态张拉强度随着张拉预应力水平的增加而显著降低,表现出明显的动态张拉强度弱化效应。此外,总结了动态张拉度弱化效应机理,其中张拉预应力水平决定了动态张拉强度弱化水平,而冲击载荷则促进了强度弱化效应的显现。

大直径钢管桩打桩过程中桩周土强度弱化分析

基于大直径钢管桩打桩期间桩体附近土体强度弱化展开分析,通过对黏土与砂土进行环剪试验与压力测试,重点分析土层强度、剪切速率与正应力之间的关系,由此确定桩周土体强度折减因子算法,解决了大直径钢管桩施工中土层结构不稳定、施工安全风险较高的问题。结果表明,土体强度弱化程度与土壤性质、土层深度关系密切,研究结果可应用在打桩施工质量控制中。

浸水煤岩的强度弱化及刚度损伤试验研究

为研究不同浸水条件下煤岩受载破坏过程中的强度及刚度演化规律,制备了不同浸水条件的煤样并开展单轴压缩试验,分析煤样强度弱化、刚度损伤与含水效应的内在机理。研究结果表明:随着含水率增高,煤样单轴抗压强度呈线性减小,峰值应变呈线性增大,弹性模量呈指数减小,煤样表现为塑性增强、脆性减弱的特征;水作用下煤样刚度损伤明显,抵抗变形的能力大大减弱;运用刚度-应变-应力曲线,能够较为准确地描述煤样裂隙发育规律。

冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用

提出冲击矿压的强度弱化减冲理论,即采取松散煤岩体,降低强度和冲击倾向性,使得应力高峰区向岩体深部转移,并降低应力集中程度,使发生冲击矿压的强度降低,使得煤岩体中所积聚的弹性应变能达不到最小冲击能,从而防治冲击矿压的发生.强度弱化减冲理论在三河尖矿的生产实践中得到了有效的验证.

煤矿冲击矿压的强度弱化

提出了冲击矿压的强度弱化控制机理.通过深孔卸压爆破来弱化煤岩结构的强度,降低其聚能能力,释放所积聚的大量弹性能,使得煤岩体中所积聚的弹性能达不到最小冲击能;同时利用电磁辐射检验强度弱化治理效果,以达到消除或降低冲击危险的目的.通过在三河尖煤矿9202高冲击危险工作面以及济宁三号煤矿6303冲击危险工作面的现场治理实践,证明了该控制技术的有效性.

煤岩体的强度弱化减冲理论

冲击矿压实质是煤岩体能量积聚与释放的过程,当煤岩体中所积聚的弹性应变能达到其极限冲击能时,就可能发生冲击矿压.煤岩体的强度弱化减冲理论,就是在强冲击危险区域,采取松散煤岩体方式,降低强度和冲击倾向性,使得应力高峰区向岩体深部转移,并降低应力集中程度,从而使发生冲击矿压的强度降低,这样煤岩体中所积聚的弹性应变能达不到最小冲击能,因此可防治冲击矿压的发生.煤岩体的强度弱化减冲理论在三河尖矿的生产实践中得到了有效的证明.

复杂循环荷载作用后长江口原状淤泥质软黏土静强度弱化特性研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,对取自于长江口原状淤泥质软黏土,在不固结不排水条件下,分别进行了动三轴、45°线耦合以及圆耦合等多种复杂循环剪切试验及循环荷载作用后静三轴试验。结果表明,随着循环次数的增加,3种不同模式循环荷载作用产生的应变、孔压增量以及循环荷载作用后土的静强度衰减程度差异均变得越来越明显。对应相同循环剪切次数,双向耦合循环剪切要大于单向循环剪切产生的应变与孔压增量,双向耦合循环剪切后静强度衰减更加明显;而对于双向耦合循环剪切,圆耦合循环剪切大于45°线耦合循环剪切产生的应变与孔压增量,并且圆耦合循环剪切后静强度衰减更加显著。由此表明,主应力轴连续旋转会使土体产生更大的变形与孔压增量,并且使静强度显著降低。分别定义了广义综合剪应变及综合孔压增量比,并建议了循环荷载作用后静强度与广义综合剪应变、综合孔压增量比的关系。

煤系泥岩典型应力阶段遇水强度弱化与渗透性实验研究

采用MTS815.02S型电液伺服岩石力学实验系统,研究水岩相互作用条件下,煤系泥岩典型应力阶段岩体渗透性变化与遇水后强度弱化规律,并用原位窥视仪实验验证主要结论。研究表明:峰值强度前不同应力阶段遇水弱化程度差异不大,遇水后峰值强度平均降低了14.5%;残余强度阶段遇水对岩块稳定残余强度的弱化最高,达到50%左右,其次是塑性阶段与弹性阶段,在应变软化阶段由于泥质岩体渗流通道的自封闭作用,该阶段遇水对残余强度弱化程度最小;在破坏前的弹性变形乃至屈服阶段,渗透性较弱且随变形增加变化不明显;受载至应变软化阶段,渗透性增强并在残余强度阶段达到渗透峰值,在塑性压密变形阶段没有明显的降低,随变形扩展而逐步趋于稳定。

循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现

在波浪循环荷载作用下饱和软黏土地基出现孔隙水压力升高,并导致不排水强度弱化,严重影响防波堤的承载性能。考虑静偏应力影响,基于最大孔隙水压力发展模型和正常固结软黏土不排水强度公式,推导出软黏土不排水强度随循环荷载作用次数和应力水平变化的动态折减规律。结合软黏土不排水强度动态折减规律和M-C屈服准则,在有限元软件ABAQUS上实现软黏土不排水强度循环弱化分析的数值开发和动力运算过程。运用该动力有限元方法对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算。结果表明,最大孔隙水压力发展曲线以及循环荷载作用后不排水强度的数值预测结果与动三轴试验结果吻合良好。另外,动力有限元方法(DFEM)能够表示土体强度在循环荷载作用下的具体弱化过程。

循环荷载下软黏土强度弱化研究及其动力计算应用

滨海软黏土在波浪循环荷载作用下会发生强度弱化,从而降低软黏土地基承载力,影响结构稳定性。以烟台港原状淤泥质粉质黏土为研究对象,通过室内动三轴试验,以围压、初始静偏应力、循环动应力和循环次数为试验变量,分析不同应力组合作用下的淤泥质粉质黏土的孔压发展规律和不排水抗剪强度弱化规律。根据孔压发展规律拟合出软黏土双曲孔压计算模型,同时利用等效超固结比理论,将得到的孔压模型和强度规律结合起来,提出了综合考虑围压、静偏应力、动应力和循环次数适用于整个动态循环过程的不排水抗剪强度弱化公式,并通过试验对公式进行了验证。最后将公式应用于烟台港防波堤数值模型的动力计算中。从试验到数模,比较完整地提出了一套便于应用于工程实践的考虑地基土体循环弱化效应的动力计算方法。

干湿循环致砂岩单轴抗压强度弱化规律试验研究

针对水岩反复作用后引发工程岩体失稳问题,通过砂岩单轴压缩试验研究了不同"饱水-烘干"循环作用后的试件强度损伤劣化和变形破坏规律,并分析了试验结果的工程应用意义。试验结果表明:在干湿循环作用下砂岩强度劣化效应明显,随干湿循环次数增多,砂岩单轴抗压强度和弹性模量分别呈对数和负指数关系降低;干湿循环作用对砂岩造成了不可逆的渐进性损伤,破坏特征由脆性破坏转变为延性破坏。

循环荷载下滨海软黏土孔压发展规律及强度弱化特性

循环荷载作用下软黏土会出现抗剪强度降低、变形模量减小的强度弱化现象,从而使软黏土地基的承载能力大幅度降低,影响结构的安全稳定性。以天津滨海原状软黏土为研究对象,试验中考虑实际工程中的加载路径,引入偏应力水平和动应力水平参数,由回归分析方法确定了滨海软黏土孔压与振次对数型关系曲线。分析了偏应力水平和动应力水平对软黏土抗剪强度折减率的影响,使用归一化分析方法确定了不同静、动应力组合下软黏土抗剪强度折减规律。

复杂地质条件下高拱坝整体稳定研究与软弱结构强度弱化效应影响分析

锦屏一级高拱坝坝高库大,坝址区地质条件复杂,坝与地基整体稳定问题突出。工程蓄水运行后,坝肩结构面及软弱岩体的强度在高应力、强渗压的长期作用下将降低,对拱坝整体稳定更为不利。为评价加固后工程安全性,由水岩耦合三轴试验得到各软弱结构面强度在不同条件下的弱化率,并在此基础上采用综合法地质力学模型试验。由于试验技术限制,对结构面无法实现分区降低破碎带及影响带强度,综合各方面因素,模型试验最终采用破碎带统一降强30%的弱化方案。针对软弱结构面强度弱化效应对整体稳定的影响,采用3维非线性有限元软件对破碎带统一降强30%(方案1)和破碎带及影响带分区降强(方案2)进行计算分析;通过对比2种方案计算结果,正常工况下方案2坝体变位较方案1增加幅度约-0.2%~2.24%,坝肩变位值较方案1增加幅度约-2.35%~1.72%,超载工况下坝体变位增加幅度约-4.68%~9.23%。2种方案下坝体及坝肩抗力体变位、破坏过程及机理规律相似,量值相近,且试验与计算成果相近。综合分析认为,锦屏一级拱坝模型试验采用在破碎带统一降强30%来模拟破碎带及影响带分别降强合理可行,试验成果可靠。

循环荷载作用下桩周土体强度弱化特性试验研究

软黏土地基在循环周期荷载的连续作用下不会发生液化现象,但是随着循环荷载的周期、振幅、应力的不断增加,土体的有效强度会不断降低,从而引起土体破坏。特别是桩结构在工作期间除了要承受竖向的荷载外,还将受到波浪、冰荷载以及船的撞击荷载。这些荷载一般都具有往复作用的性质,这种往复荷载作用期间会使桩周土体产生疲劳效应,土体结构发生破坏,引起桩周土体的弱化。通过室内动三轴模拟天津码头区域桩周土承受的静(结构荷载)、动(波浪荷载)组合作用,对振动前后桩周土体的强度弱化情况进行研究,试验获得该区域桩周土体在周期荷载作用下,土体土体强度的变化关系。同时提出一个相对较简单且符合试验规律的天津地区桩周土的强度弱化公式,为该地区土体弱化的评估提供参考依据。

循环荷载作用下软土地基强度弱化模型研究

随着大规模港口建设的发展,港工结构物大多处在波流荷载和软弱地基等复杂的环境条件下,而循环荷载作用下软黏土地基强度弱化将影响到上部结构物的安全性。采用双曲线型孔压模型对软土动三轴试验数据进行拟合,将拟合得到的孔压模型与等效超固结理论相结合,建立能够反映围压、静偏应力、动应力和循环周次影响的软黏土不排水抗剪强度弱化模型,并确定循环荷载作用下软黏土不排水剪切强度折减系数β。基于FISH语言对有限差分程序FLAC;进行二次开发,数值实现考虑循环荷载作用下软黏土强度弱化效应的动力分析模型,并与动三轴试验结果进行对比,验证了采用该模型描述循环荷载作用下软土地基弱化的可行性。研究成果可为近海工程结构物的设计和安全评估提供科学依据。

偏压固结下软黏土循环强度弱化分析及数值模拟

在波浪等循环荷载的作用下,近海工程地基中的软黏土会发生强度弱化,影响上部结构的稳定性。以烟台港的淤泥质粉质黏土为研究对象,进行了动、静三轴试验,探讨不同固结静偏应力和不同循环动应力作用下淤泥质粉质黏土的循环强度弱化规律以及土体循环后不排水剪有效应力路径发展规律。通过对土体循环后不排水剪切过程中有效应力路径的分析,发现当动应力比达到0.4后,土体强度弱化趋势加快,临界有效应力比(M)减小,结构发生一定的破坏,并据此探讨了土体强度弱化机理。此外,基于等效超固结理论,在考虑偏压固结使土体初始有效应力提高的前提下,经过理论推导,得出了考虑初始固结静偏应力和循环效应的土体强度弱化公式,并通过试验数据对其进行验证。最后,通过对ABAQUS的二次开发,利用拟静力算法将该公式应用于烟台港数值模型的有限元计算中。

循环荷载下天津软黏土不排水强度弱化模型研究及应用

波浪等循环荷载作用下,饱和软黏土产生超孔隙水压力,土体强度弱化,导致地基承载力和防波堤等近海结构稳定性降低.基于土体强度弱化的原理,建立一种表示土体不排水强度在不同动应力水平下随循环荷载作用次数变化的强度弱化模型.模型通过建立软黏土不排水强度与孔隙水压力增长规律的关系,表示出软黏土不排水强度弱化的具体过程.在有限元软件ABAQUS上进行二次开发,对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算,并与试验数据对比.结果表明,文中建立的强度弱化模型简单准确,能够较好地表示土体不排水强度弱化过程.将模型应用到波浪荷载作用下部分回填换砂处理的软土地基上沉箱结构进行沉降变形分析,并与未考虑土体强度弱化的静力、拟静力有限元分析结果进行对比,研究了强度弱化对结构沉降变形的影响.

“三明治”结构强度弱化的反射特性研究

针对铝-胶层-铝结构强度弱化的超声检测问题,采用改进全局矩阵法推导了多层粘接结构中超声传播方程,通过降低胶层的剪切波波速来模拟粘接强度弱化,对不同频率、不同入射角情况下超声纵波入射"三明治"结构时的反射系数与粘接强度的关系进行了仿真计算。仿真结果为:超声纵波以0.5MHz入射,在入射角为65°～73°区域内进行扫描检测,通过角度分辨的方式对强度弱化区域进行定位。第一层与胶层之间的界面出现强度弱化时,检测条件为0.5MHz、65.9°的超声纵波;胶层与第三层之间的界面出现强度弱化时,检测条件为1.0MHz、62.9°的超声纵波。结果表明:在特定的频率和入射角进行组合情况下,采用超声纵波斜入射方法可实现对粘接结构界面的强度弱化区域的定位和粘接强度的定量检测。