不同干密度条件下的地基土非线性蠕变特性及力学模型研究

密实度影响港口地基工程的长期稳定性。为研究不同干密度条件下的地基土非线性蠕变特性,开展地基土固结排水三轴压缩蠕变试验。结果表明:1)随着干密度的减小,抽气饱和后土体含水率越高,轴向应变越大,蠕变行为更为显著。2)土体长期强度随着干密度的增大而递增,干密度增加抑制蠕变发展。3)地基土等时偏应力-应变曲线在低应力水平下表现出线性特征,较高应力水平下表现出非线性特征。基于试验成果,通过研究黏弹性模量与干密度以及荷载时间之间的关系,定义考虑不同干密度的黏弹性模量,基于分数阶微积分理论构建分数阶黏塑性体,从而得到新的不同干密度下的土体非线性蠕变力学模型。给出参数求解方法,验证所建模型可行性和合理性。分析瞬时弹性模量与干密度的经验关系,给出了类似粉质黏土地基土的模型参数建议取值区间。研究成果为粉质黏土地基土蠕变特性研究及港口地基工程长期稳定性分析提供一定参考。

非饱和黏性地基土的土-水特征曲线试验及模拟

内地港口地基土在地下径流和降雨入渗作用下,多为非饱和土,其土-水特性影响港口地基稳定性。以安徽淮北港非饱和黏性地基土为研究对象,开展不同初始含水率、初始干密度、竖向应力以及干湿循环次数下的土-水特征曲线(SWCC)试验。研究发现:初始干密度和竖向应力对非饱和黏性地基土SWCC的影响相似,对进气值、初气值、脱湿速率、吸湿速率和残余饱和度影响较大;初始含水率对土体脱湿、吸湿速率影响较小,随着初始含水率的提升,进气值、吸气值、残余饱和度递增;随着干湿循环作用的增强,进气值和出气值的衰减逐渐削弱。结合地基土土-水特性,修正几种常用的SWCC模型,模拟不同工况下的SWCC,通过评分的方式得到适用于淮北港非饱和黏性地基土的推荐模型。研究成果可为不同工况下非饱和黏性地基土的土-水特性及港口地基稳定性研究提供参考。

港珠澳大桥岛隧工程大圆筒结构边坡稳定分析

港珠澳大桥岛隧工程人工岛工程采用带副格的插入式大圆筒作为岸壁围护结构,同时外侧辅以抛石斜坡堤进行防护。针对岸壁结构整体稳定,进行了从施工期到使用期的全寿命分析。对于施工期,结合施工工序确定对结构稳定最不利的四种工况;对于使用期,考虑了大圆筒腐蚀对结构稳定的影响,并分别采用港口工程地基计算系统和Geo Studio-Slope/W两种软件进行对比计算。经稳定性验算,岸壁结构的圆弧滑动稳定性符合相关规范要求且有较大富余,满足了使用要求,同时也为类似工程提供借鉴。

粉砂岩干湿循环力学性能劣化及统计损伤模型

内陆港口岩石地基经历不同程度的干湿循环作用,地基承载性能衰减劣化。以干湿循环次数和围压作为试验工况,开展粉砂岩常规三轴压缩试验。假定粉砂岩微元强度服从改进Harris概率分布,从而定义损伤变量,选择M-C强度准则,结合试验结果中弹性模量及内摩擦角的对数型衰减规律,构建一种可反映干湿循环的统计损伤模型,并给出参数解析方法,得到损伤发展曲线。采用新建模型辨识粉砂岩及文献中泥质白云岩和砂岩试验曲线,并经模拟对比。结果表明,粉砂岩弹性模量、黏聚力、内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而逐渐衰减,当循环次数达到16次时,衰减变化曲线趋于平稳,该衰减规律可用对数函数表示;干湿循环促进岩石力学性能衰减劣化,宏观表现为峰值应力的降低;新建模型经验证可行。

基于核磁共振试验的粉砂岩干湿循环损伤演化研究

受降雨入渗和地下径流影响,内陆港口岩石地基经历着干湿循环作用,地基承载能力随时间推移而逐渐衰减。以粉砂岩为研究对象,开展5种干湿循环条件下的核磁共振和单轴压缩试验。基于几何损伤和能量损伤,结合岩石孔隙体积及弹性模量变化规律,建立两种损伤演化方程,分析粉砂岩干湿循环损伤演化机制。结果表明:粉砂岩T_(2)谱图表现出3个峰,分别对应微小、小尺寸和大尺寸孔隙,粉砂岩的结构孔隙以微小、小尺寸孔隙为主;随着干湿循环作用的加强,T_(2)谱峰总面积、孔隙度均表现出幂函数递增规律,岩石孔隙数量逐渐递增;干湿循环促进峰值强度和弹性模量的衰减,当循环次数达到16次时,衰减幅度逐渐平缓。

干湿循环作用下砂岩力学特性及能量损伤演化

内陆港口砂岩地基在水的循环作用下,岩石力学性能劣化,威胁港口地基的长期稳定性。为探究砂岩在干湿循环作用下的力学特性及能量损伤,开展不同干湿循环次数下的三轴压缩试验。结果表明:随着干湿循环作用的增强,砂岩力学性能指标逐渐衰减,当循环次数达到15次时,衰减幅度基本收敛;砂岩峰值强度、残余强度、弹性模量和变形模量的劣化度累积具有相似规律,干湿循环0~8次时累积速率较快,循环次数达到15次时累积速率放缓;在应力作用下,岩石吸收总能量随着应变增长而逐渐递增,耗散能累积主要集中在岩石破坏阶段。能量耗散导致损伤发展,损伤变量与耗散能走势较为一致。

基于土-水特征曲线试验的非饱和土强度预测

港口地基土多为非饱和土,不同基质吸力下的土体强度特性各异,难以准确预测。以福建某港口地基工程非饱和粉质黏土为研究对象,开展土-水特征曲线(SWCC)试验、饱和及非饱和三轴压缩试验。依据土水特征曲线中AB段近线性特征,假设体积含水量与基质吸力对数值lg(u_(a)-u_(w))线性相关,以A、B点数据作为已知条件,建立lg(u_(a)-u_(w))与相对饱和度S_(e)的联系,基于Vanapalli强度预测模型,构建新的非饱和土强度预测模型,并给出参数求解方法。引用相关文献中非饱和有机质粉土和膨胀土试验数据,利用新建预测模型对3种非饱和土的强度进行预测,并与传统预测方法进行对比。结果表明,新建预测模型的强度辨识效果较好,对非饱和粉质黏土、有机质黏土和膨胀土的强度预测具有一定的可行性和适用性。

考虑含水率的红砂岩蠕变力学特性试验研究

为揭示不同含水状态下红砂岩的蠕变力学特性,以0%、1.25%、3.16%和5.38%4种含水率为控制条件,开展三轴压缩蠕变试验。分析蠕变试验结果,探究不同含水条件下红砂岩应变特征、蠕变速率和长期强度的变化规律。研究发现:1)红砂岩在水和应力的作用下表现出3阶段蠕变行为,高含水率岩石在更少加载等级下发生蠕变破坏;2)红砂岩蠕变应变远大于瞬时应变,水的作用促进瞬时和蠕变应变的增长;3)含水率的升高对初始和极限加速蠕变速率的增大起到促进作用;4)红砂岩在4种含水率下的长期强度分别为22.86、21.91、16.27和10.74 MPa,长期强度随含水率的升高而逐渐降低。研究成果可为红砂岩蠕变特性研究及港口地基长期稳定性分析提供参考。