超固结黏土中不排水柱孔扩张弹塑性解及应用

为求得超固结黏土中考虑K0影响的柱孔不排水扩张精确解,该文基于黏土和砂土模型(CASM)屈服准则,采用经典的应力剪胀关系,充分考虑土体静止土压力参数K0和重度超固结比,运用非相关联流动法则进行应力空间转换,进而建立超固结黏土中考虑K0影响情况下柱孔不排水扩张问题的一阶偏微分方程组求解模型。根据弹塑性边界已知的应力和位移条件,通过数值求解方法确定柱孔扩张模型的精确解。对比修正剑桥模型(MCC)解,基于SMP准侧改进的修正剑桥模型(SMP-MCC)解及黏土和砂土统一硬化模型(CSUH)解进行参数分析表明:当土体OCR≤2时,该文方法较好地模拟土体单元屈服应力和破坏应力;当土体OCR>2时,该文方法克服了超固结黏土高估屈服应力和破坏应力;当K0由1.0变化到2.5时,归一化极限扩孔压力由5.4变化到3.2,归一化极限超静孔隙水压力由2.4变化到1.0。并通过现场实测数据验证了该文方法的实用性与正确性。

基于统一强度准则的柱孔扩张问题及扩孔孔径分析

通过轴对称问题的应变协调方程,利用统一强度准则和相关联流动法则分析了柱孔扩张问题.利用柱孔扩张问题的基本位移公式和塑性区孔口位移条件,推导了柱孔初始半径a0、扩孔半径a和对应的孔压p三者的理论关系式.通过此关系式和塑性区半径相关公式求得柱孔扩张问题的塑性区半径rp,进而求出相关扩孔问题的应力场、应变场和位移场.探讨了统一强度理论和土体的参数问题,并且通过算例分析,对柱孔扩张问题中的应力场和位移场的分布规律、塑性区半径和扩孔压力的变化规律进行了分析.

球(柱)孔扩张问题的扩孔压力与扩孔半径分析

为研究无黏性土中沉桩扩孔和静力触探试验等岩土工程问题,采用Tresca准则对球(柱)孔扩张问题的扩孔压力和扩孔半径关系进行理论分析。以圆孔扩张理论为基础,利用弹塑性交界面处的边界条件建立平衡方程,推导出球(柱)孔扩张问题中塑性区半径rp与扩孔压力p和扩孔半径a的关系,并结合孔周土体体积变化规律,得到了初始半径a0、扩孔半径a和对应的扩孔压力p三者之间的理论关系;同时为判断孔周围土体是否进入弹塑性状态,确立了可由扩孔半径a判定的公式。此外,基于上述理论公式推导出了不排水条件下球(柱)孔扩张的应力场、位移场和扩孔压力极限值pu。分析结果表明:同一初始状态下,扩孔压力p随初始半径a0与扩孔半径a的比值而变化;且塑性区半径rp仅与扩孔半径a的变化有关;当扩孔半径a大于某一定值时孔周土体进入弹塑性状态。最后通过算例分析,对球(柱)孔扩张中应力场和位移场分布、塑性区半径、扩孔压力以及扩孔压力极限值的变化规律进行了分析。

饱和黏土中考虑土塞效应的柱孔扩张分析

为研究静压开口管桩的挤土效应,在考虑土塞效应的前提下,采用柱孔扩张理论对管桩压入饱和软黏土时的扩孔过程进行了分析。基于可以合理描述黏性土强度特性的拓展Lade-Duncan屈服准则,对柱孔扩张过程中的桩周土体进行了弹塑性理论推导,得到了桩周土体应力场、位移场、塑性区半径、极限扩孔压力和塑性区外侧边界径向位移的解析解。在此基础上,通过室内模型实验获得了软土中开口管桩的土塞高度,且运用等效替代法验证了理论解答的合理性;并通过引入土塞长度比对参数进行了分析。结果表明:在沉桩过程中随着土塞长度比的增大,塑性区半径、极限扩孔压力和塑性区外侧边界径向位移均逐渐减小;土体的剪切模量和黏聚力对沉桩挤土效应有显著的影响,挤土效应始终随着土塞效应的增强而减弱。该研究成果对开口管桩工程的实际应用具有一定理论指导意义。

软土中静压桩贯入引起的超静孔压力理论分析

根据静压桩在软粘土中贯入的特点,用柱孔扩张理论模拟其贯入过程,引入软化系数和对数应变描述沉桩过程中桩周土体塑性区的大变形和应变软化等特征,推导出柱孔扩张时弹性区和塑性区产生的超静孔隙水压力解析式,与Vesic解进行了比较表明,本文推导的理论解适用范围更广。基于该理论解,结合昆山市某场地地质资料,分析讨论了软化系数、孔径大小和剪切应力对超静孔隙水压力大小和分布范围的影响,同时与现场监测数据对比分析,理论计算和实测结果吻合较好,表明该解析解对预测软土中由静压桩的贯入引起的超静孔隙水压力的大小和分布具有一定实用价值。

部分排水条件下静力触探试验力学机理研究

在自然状态下,大部分土体的约束条件介于完全排水和不排水两者之间。在孔压静力触探试验(piezocone penetrationtest,CPTU)的贯入过程中,受探头尺寸、贯入速度和岩土材料等因素的影响,将发生部分排水现象。为研究排水条件对CPTU试验数据的影响,开展三轴压缩试验。引入应变增量比,建立考虑渐近状态的修正剑桥(Modified Cam-Clay,MCC)模型。推导考虑渐近状态MCC模型的柱孔扩张理论,提出CPTU测试数据的力学模型。通过数值模拟和模型槽试验,研究归一化贯入速度与排水系数的规律。结合CPTU数据的力学模型,获得应变增量比与排水系数的数理关系。最后以上海市苏州河地区深层排水调蓄管道系统工程的测试数据为背景,验证力学模型的正确性。结果表明:在部分排水条件下,利用考虑渐近状态的MCC模型,能够描述土体的应力-应变关系,合理解释CPTU贯入的力学机理。

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。

软黏土中静压桩打桩过程对土体强度和刚度影响的理论分析

针对软黏土中的打桩问题,提出一种包含完全排水和完全不排水的柱孔扩张通用求解方法,并基于该方法,采用不排水柱孔扩张理论模拟静压桩打桩过程,并采用修正剑桥模型模拟软黏土的本构关系,同时联立扩孔运动学方程、应力平衡方程、质量守恒方程等建立弹塑性孔扩张偏微分控制方程组,利用相似变换的技术求解该方程组,从而获得半解析解.通过与文献中的解答对比,验证了解答的正确性.

非达西渗流作用下饱和黏土压密注浆扩孔理论分析

为研究软土注浆过程中在渗流作用下小孔扩张引起的土体力学响应,基于广义Tresca屈服准则和非相关联流动准则,考虑非线性渗流和应变软化等因素的综合影响,结合弹塑性边界条件推导饱和软黏土地层注浆扩孔问题的弹塑性解答。通过算例对比分析了是否考虑地下水渗流作用时孔周土体渗流场、应力场、位移场的计算结果的差异,进一步讨论了非线性渗流系数m对其产生的影响。结果表明:在高速非线性渗流模式下的塑性区半径和径向应力都比达西线性渗流状态下的值要小,并且非线性程度越大,其值也越小;而径向位移受非线性渗流系数m的影响较小,两种模式下基本相同。可见地下水非达西渗流作用对扩孔压力的影响不容小觑,在今后研究此类问题时也应充分考虑其不同渗流状态的影响,使得计算结果更加接近实际情况。

形状记忆合金式锚杆的提出及抗拔承载力特性分析

针对暴雨、洪水、地震等自然灾害频繁发生而诱发的边坡失稳问题,提出宜用于快速抢险救灾工作的形状记忆合金式锚杆结构,详细阐述其结构组成和技术原理;简化出该结构的抗拔承载力计算模型,基于土体柱孔扩张理论得到扩孔压力和内边界位移关系,基于SMA宏观唯象本构模型,由逆悬臂梁问题的思路求解合金片的扩张力和位移关系,基于合金片与土体的变形协调条件对计算模型进行求解,进而得到锚杆抗拔承载力的计算公式,并依托MATLAB软件编制求解程序;结合算例,使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台建立有限元模型,对合金片-土体相互作用的力学特性进行仿真分析,结果所得的接触力与理论方法计算的扩张力总体分布趋势相似,验证结构的快锚效果和合金片扩张力理论计算方法的可靠性。算例分析表明:合金片的扩张力主要在其弯曲段增长,合金片厚度越大锚杆抗拔承载力越大;相比传统注浆锚杆,新型锚杆很大程度上缩减了锚固段长度,降低了工程成本。研究成果能够为新型锚杆的设计应用提供理论依据和指导。

CPTU数据校准上海深层软土参数的随机力学-贝叶斯方法

城市深层地下空间的开发需要开展科学计算。合理的本构模型和准确的岩土参数是岩土力学分析的两大支撑。修正剑桥模型(modified cam-clay,MCC)的岩土参数简单直观,被广泛应用于岩土工程实践。室内土工试验由于取样扰动、试验误差等不可避免的缺陷,难以精确获得深层岩土参数。结合先验知识、室内试验数据和孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)测试数据,将关键岩土参数视为随机变量,采用随机力学-贝叶斯方法,校准深层软土的关键岩土参数,如临界状态应力比、压缩系数、回弹系数和超固结比。以上海市苏州河深层排水调蓄管道系统工程——云岭竖井基坑工程为背景,以基础底板处的深部第(8)层土为研究对象。首先,利用MCC模型的柱孔扩张理论,揭示了CPTU数据(锥尖阻力、侧摩阻力和孔隙水压力)与极限扩孔应力之间的力学转换机理,利用苏格兰Bothkennar岩土试验场地的试验数据,验证CPTU测试数据力学模型的适用性;其次,建立关键岩土参数与CPTU数据之间的二次非交叉响应面,利用MCMC(Markov-chain Monte Carlo)抽样算法,获得关键岩土参数的后验统计特征;最后,结合岩土参数的后验均值,开展超深基坑工程的数值计算。结果表明,经过柱孔扩张随机力学-贝叶斯方法校准后,关键岩土参数的不确定性大幅度降低,后验均值的预测结果与监测值较为接近,证明了该方法的高效、合理性。

浅析后压浆提高灌注桩承载力

本文应用柱形塑性扩张理论对灌注桩后压浆的最终扩张压力与扩散半径进行推导和计算,定性分析了后压浆对桩侧,桩端土产生渗透、压密、劈裂三种效应机理,应用经验公式分析了压浆前后承载力的变化及其影响因素,通过工程实例总结得出相关结论,对于同类工艺的技术参数选取有现实的指导意义。

饱和软土单桩沉桩超孔隙水压力分析

通过分析工程桩沉桩过程中的实测资料,探讨了单桩桩周土体中产生的超孔隙水压力大小、分布规律及影响范围,得到桩周土中超孔隙水压力的分布随距离呈对数型衰减,影响范围约为30倍桩径。对实测值、理论值进行了比较,分析结果表明:从实测拟合直线中求得的塑性区半径代入圆柱孔扩张理论得到的估算值与实测值吻合较好。

砂土中柱孔扩张问题的扩孔压力与扩孔半径分析

通过SMP屈服准则,对砂土中柱孔扩张问题进行理论分析。以柱孔扩张理论为基础,利用孔周土体塑性区的边界条件和土体体积变化规律,推导柱孔扩张问题中初始半径a0,扩孔半径a和对应的扩孔压力p三者之间的理论关系。利用上述理论公式,得到平面应变条件下柱孔扩张问题的扩孔压力的极限值pu和孔周土体的弹塑性区域应力场、位移场,进而求得塑性区半径rp与扩孔压力p和初始孔径a0的关系。分析表明,该应力场和位移场分布规律仅与柱孔的初始半径a0和扩孔压力p相关。此外,应用应力场公式,推导散体材料桩极限强度表达式。最后通过算例分析,对柱孔扩张中应力场和位移场分布、塑性区半径和扩孔压力的变化规律进行分析。

自钻式旁压试验推求土性参数的研究进展

自钻式旁压试验(SBPT)因其具有扰动小,能同时测量土体应力、应变及孔隙水压力的变化,在确定地基土性参数上有广阔的应用前景,成为岩土工程测试中利用率最高的原位测试手段之一。由于试验挤土过程与孔扩张过程具有很好的相似性,故多采用柱形孔扩张理论对旁压试验机理进行分析。本文详细阐述了SBPT力学机理分析的难点及假设条件适用性,并以Yu一文为基础,总结了SBPT推求土性参数及本构模型参数的理论分析方法、土性参数估测的误差来源与误差修正研究,为SBPT在国内广泛应用提供理论参考,最后对SBPT的机理解释及应用研究趋势进行了讨论。

饱和黏土中球(柱)孔瞬时扩张及超孔隙水压力研究

因孔内压力瞬间加载到指定状态,球(柱)孔塑性区土体受力特征符合不固结不排水状态.基于此得出了针对饱和黏性土体中球(柱)孔扩张问题的屈服准则,此准则与Tresca准则形式相同.通过该屈服准则得出了饱和土体中球(柱)孔扩张问题的总应力场.然后通过弹性区、塑性区和弹塑性界面的特征求解出弹性区和塑性区超孔隙水压力;再根据有效应力原理,得出球(柱)孔扩张问题的有效应力场.最后利用推导出的理论成果,对沉桩引起的超孔隙水压力的实测值与计算值进行了比较分析.

考虑土体初始应力下的散体桩承载力研究

基于Vesic柱孔扩张理论,推导出考虑土体在初始应力状态下的散体桩单桩极限承载力的计算公式,并分析了散体桩挤土塑性区半径的主要影响因素.同时结合工程实例,比较分析了现场试验与理论计算的桩承载力结果,结果表明,考虑土体初始应力状态下的散体桩极限承载力的计算结果与实际相比误差较小,可在实际工程中参考应用.

预应力混凝土管桩后注浆技术研究

首先利用柱形孔扩张理论对预应力混凝土管桩后注浆引起的挤土效应进行了分析,得到了后注浆管桩桩周土体的应力、变形和最终扩张压力的解析解;然后分4种工况进行了预应力混凝土管桩后注浆模型试验研究,试验结果表明:通过后注浆技术可使管桩承载力大幅提高,为研究预应力混凝土管桩后注浆提供了一种新的思路。

基于SMP准则的旁压试验分析

旁压试验是一种在岩土工程勘察中应用较为广泛的原位测试技术,可用于评定地基承载力和变形参数等。本文采用SMP屈服准则和平面应变轴对称问题的柱孔扩张理论,对旁压试验的机理进行分析,获得了旁压试验过程中的位移、应力和应变的分布,得到了塑性区半径与扩张压力的关系,同时为临塑压力和极限压力的确定提供了一种新的思路。理论计算结果与试验数据具有较好的一致性,表明理论分析具有一定的合理性,能够用于旁压试验的相关解释与分析。

砂土静力触探锥头阻力增量弹塑性解

采用SMP屈服准则以考虑中主应力对砂土强度的影响,基于从压缩机理出发的增量弹塑性计算模式和柱孔扩张理论推得极限锥头阻力和临界深度解析解。同时采用Mohr-Coulomb破坏准则和柱孔扩张理论推导了极限锥头阻力和临界深度解析解。并结合试验数据,将基于不同准则和不同孔扩张机理的解答进行了对比分析。结果表明:基于空间滑动面理论(SMP准则)和柱孔扩张机理的有关解答与试验数据拟合效果最好。