靖远地区大厚度黄土地基浸水湿陷过程及土中竖向应力特征试验研究

为了研究靖远大厚度黄土在浸水条件下的水分入渗规律和自重湿陷变形特征,在中兰铁路沿线的靖远北站黄土自重湿陷场地进行了不打注水孔的现场浸水试验,监测并分析了地表及地下湿陷变形、试坑周围裂缝、含水率和土中竖向应力变化情况,对水分扩散规律、自重湿陷特性和土中竖向应力变化规律进行了研究,并对地区修正系数β0值和浸润角进行了探讨。结果表明:体积含水率变化分为浸水稳定(2个)、快速增加(1个)和缓慢增加(1个)共4个阶段;浸水过程中,水分在21m处竖向入渗加快、径向扩散减缓,湿润峰最终形态呈现为椭圆状。根据探井和钻孔含水率测试结果,推算出浸润角最大为41°。该场地黄土自重湿陷过程历经剧烈湿陷、缓慢湿陷和固结稳定3个阶段。试验结束时共计发展了13圈环状裂缝,裂缝最远处距试坑边缘26m。根据室内试验和现场测试结果,建议地区修正系数沿土层深度进行修正,0~10m内β0值取1.05,10~27 m内β0值取0.95。在地表至21 m深度范围内,地基土浸水饱和且湿陷充分,土中竖向应力沿深度呈线性增加,土中竖向应力接近饱和自重应力,21m以下的地基土未能充分湿陷,土中竖向应力逐渐减小。该研究成果可应用于中兰铁路后期的建设,并为该地区其他工程建设提供参考。

车轮荷载下路基和基底竖向应力计算

为了验证特殊交通荷载(如超载)下特殊填料(如软岩、风化岩和人工材料)的承载力,在标准轮载(25 kN和0.7 MPa)前提下,考虑非标准轮载和路基填土重度的变化,分别计算了集中轮载和均布轮载作用下路基和基底内竖向附加应力和总应力:计算均布轮载下路基内应力时,考虑了路面材料和路基材料抗压模量差异引起的应力扩散角的存在;计算基底内应力时,将路基作为条形基础,对路基中心下基底内不同深度处的应力进行了计算。计算结果表明:标准均布轮载下产生的路基内附加应力较标准集中轮载要大,在路基深度大于3 m时两者趋于相等;轮载变化对路基内竖向附加应力的影响较大,其影响深度约为3 m;在路基填高大于5 m时,标准集中轮载与标准均布轮载作用下基底总应力趋于同一值;在路基填高大于1 m后,基底内某一深度处总应力与路基填高近似呈线性增长关系。

引黄涵闸引水涵洞地基竖向应力分布规律

黄河水闸引水涵洞受力分析多用刚架模型,其地基竖向应力σy分布规律对地基反力形式具有直接影响。对黄河河南段31座引水闸从结构形式(包括涵洞纵剖面和横断面特征、混凝土强度、线刚度等)、涵洞上部填土高度、基础土质等方面开展调研,并主要依据设计竣工图进行了引水涵洞特征归纳分析,总结了涵洞的主要特征,并以此为依据利用数值仿真模拟方法对典型涵洞地基竖向应力σy分布规律开展研究。结果表明,地基竖向应力分布使用六次多项式可以反映其规律。给出了采用弹性地基边界进行涵洞受力分析的建议。

考虑土拱效应的倾斜滑移面间竖向应力研究

假定两滑移面相互平行,且与水平面呈一定角度,对滑移面间土体沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力和竖向力的平衡条件,基于土体主应力轴旋转理论,得到考虑土拱效应及倾斜角度的倾斜滑移面间竖向应力的理论公式,及对应不同倾斜角度及滑移面-土摩擦角的土侧压力系数。将得到的理论公式与Handy等公式进行比较,验证了该公式的合理性。研究结果表明:对于无黏性土,竖向应力沿深度先近似线性增大,后增加缓慢并逐渐趋于定值。竖向应力随着倾斜角度和滑移面间距的增大而增大,随滑移面-土摩擦角的增大而减小;土侧压力系数随着滑移面-土摩擦角的增大而增大,而随内摩擦角的增大而减小。

颗粒级配及竖向应力对崩岗区土壤土-水特征曲线的影响

采用GEO-Experts应力相关的土-水特征曲线压力仪对崩岗侵蚀区重塑土进行了土-水特征曲线试验,分析颗粒级配和竖向应力对土-水特征曲线的影响.通过施加竖向应力(0 kPa、50kPa、100 kPa、200 kPa)来模拟不同颗粒级配的土壤在受力状态下的土-水特征曲线.在无竖向应力时,不同颗粒级配土样的土-水特征曲线差别不大,但在有竖向应力时,不同颗粒级配土样的土-水特征曲线差别变大,且呈随竖向应力增大而增大的趋势.在低基质吸力区竖向应力对土-水特征曲线的影响更大,而在高基质吸力区则影响更小.利用Van Genuchten模型、Fredlund&Xing模型和Gardner模型对实测数据进行拟合,获得了它们的土-水特征曲线参数,竖向应力越大,a值越小,空气进入值越大.通过三种模型的拟合结果对比可知,Van Genuchten模型可以很好地描述和预测崩岗侵蚀区非饱和花岗岩残积土的土-水特征曲线.

竖向应力对堆石料降雨湿化变形影响研究

堆石料遇水后产生的湿化变形对堆石坝的安全运行造成一定影响,但目前对降雨作用引起的堆石料非饱和湿化变形的认识还不够充分。以某工程软岩堆石料为研究对象,开展不同竖向应力条件下的降雨湿化变形试验,分析材料湿化变形基本规律及竖向应力对材料湿化变形的影响。结果表明:不同竖向应力条件下材料湿化变形发展规律相似,其湿化应变增长经历了快速、缓慢及稳定三个阶段,各阶段湿化变形量值、发展速率及稳定时间有所差异;竖向应力对初次降雨时材料湿化变形的影响十分显著,随着竖向应力的增大,湿化应变时程曲线呈完全不同的发展趋势。同时,分析了竖向应力对多次降雨循环下材料湿化变形的影响,发现低竖向应力时材料颗粒滑移、位置重排引起了大部分湿化变形,其应变增加幅值小;竖向应力较高时,颗粒破碎等加剧了湿化变形的发展,应变大幅增加;随着竖向应力的进一步增大,颗粒破碎率降低,试样密实度提高,颗粒间咬合约束作用凸显,湿化变形增幅减小。

振动轮下土壤的竖向应力分布

为了研究振动轮下土壤的受力和变形特性，利用Ansys／Ls-Dyna3D软件建立了振动轮-土壤碾压模型，并进行了数值模拟分析和试验验证．研究结果表明，计算结果满足工程精度要求，表层沉降量和土壤竖向应力误差在10％以内；振动轮下土壤的竖向应力值高、能量密度大的范围近似为一个椭球体；土壤的竖向应力沿轮宽方向对称分布，距轮缘1／4～1／5处应力衰减明显；随土壤深度的增加竖向应力迅速衰减，近似负幂函数衰减．

桩身竖向应力测试应用技术研究

基桩在竖向荷载作用下的受力特征需要桩身实际应力观测资料进行测试验证。基桩横截面多为钢筋与混凝土的复合体,在截面法向应力作用下,根据应力平衡方程,则可得出对应应力平衡条件下的解析解,其中的未知量为测试参数,解析主要目标为桩身摩阻。计算方法因测试参数(力或应变)的不同而有所差别。本文从桩身受力的机理出发,详细研究了桩身竖向应力测试的实用方法,系统阐述了主要的资料整理过程,其中的标定K值法经多项工程实践检验比较有效,可以作为桩身竖向应力测试的解释方法,以供参考。

钢锚箱竖向应力分布及剪力钉受力分析

近年来在大跨径斜拉桥建设中,混凝土索塔钢锚箱锚固方式得到了广泛应用,钢锚箱通过剪力钉和塔壁混凝土相连,斜拉索直接锚固在钢锚箱上。本文在考虑剪力钉多种剪切柔度的基础上对钢锚箱竖向应力分布及剪力钉竖向受力进行分析,并用简化方法对剪力钉横向水平受力进行了分析。

行车荷载作用下软弱黄土路基的竖向应力特征

采用线弹性体系理论和BISAR程序,计算分析了行车荷载下软弱黄土路基顶面和路基土中的竖向应力的变化规律,揭示了其分布特征,为软弱黄土地基公路工程的路基、路面设计提供了理论支持和决策依据。

初始含水率与竖向应力对弱膨胀土残余强度的影响

通过残余强度试验仪对合肥地区弱膨胀土进行四次反复剪切,可以证明弱膨胀土残余强度受初始含水率和竖向应力的影响。试验结果显示:初始含水率越高,竖向应力越大,残余强度下降幅度越大,高达60. 4%。竖向应力为100k Pa、200 k Pa作用下,初始含水率与弱膨胀土残余强度呈线性关系;竖向应力为300 k Pa、400 k Pa作用下,初始含水率与弱膨胀土残余强度呈指数关系。研究发现,初始含水率较低时,通过反复剪切试验可以得到弱膨胀土稳定的残余强度;初始含水率较高时,通过反复剪切试验不能得到稳定的残余强度,建议采用环剪试验。合肥地区弱膨胀土初始含水率分布范围在主要集中在18%～21%,可采用反复直剪试验测得弱膨胀土残余强度。该试验结果对合肥地区膨胀土边坡稳定性分析以及滑坡防治等具有重要意义。

竖向应力对非饱和玄武岩残积土土-水特征曲线的影响

为探究应力作用对土-水特征曲线的影响,采用非饱和土固结仪,测得了由低到高多级竖向应力作用下的重塑红棕色玄武岩残积土土-水特征曲线,并在此基础上分析了竖向应力对玄武岩残积土土-水特征曲线的影响,利用参数模型对试验结果进行拟合,获得了土-水特征曲线的模型参数,并探讨了其变化规律。结果表明:竖向应力对土-水特征曲线有不可忽视的影响,竖向应力越大,土体水分越不容易排出且减少的速率越慢,土体残余含水率越大,增加相同的基质吸力时,竖向应力越大水分排出量越少,曲线越平缓;模型的拟合效果较好,随着竖向应力的增大,参数B0、t增加,参数B1减小,得到各参数与竖向应力的定量关系式,建立了可以考虑较大范围竖向应力的土-水特征曲线函数表达式。

行车荷载作用下路基动态竖向应力测试研究

为了研究交通荷载对高速公路路基的影响,在不同交通荷载、车速及车型的情形下,对谷竹高速公路27标段路基进行了动态竖向应力测试。结果表明:在荷载作用下,路基竖向应力随深度增大而逐渐衰减,且在路基浅层衰减较慢,然后加速,达到一定深度后,再次变缓。随着交通荷载增加,路基工作深度及竖向应力也会随着增大,但荷载增到较大后,工作深度的增幅会降低。在相同交通荷载情形下,路基浅层竖向应力会随着行车速度增大而减小,但车速变化对路基的工作深度影响较小。车型对路基的影响与理论相符,增加后轴轮胎数目可以减小交通荷载对路基的影响。

水泥土桩下卧土层竖向应力的三维弹性有限元分析

应用三维等参数弹性有限单元法，考虑承台桩土相互作用，对一水泥土桩下卧土层的竖向应力进行了计算。

关于“考虑土拱效应的倾斜滑移面间竖向应力研究”的讨论

笔者拜读了发表在《岩土力学》2013年第34卷第9期上的论文《考虑土拱效应的倾斜滑移面间竖向应力研究》[1]（以下称为原文），现有以下2点望与原文作者商榷。

对“关于‘考虑土拱效应的倾斜滑移面间竖向应力研究”的讨论’的答复

首先，非常感谢周晓龙副教授等对笔者撰写的发表在《岩土力学》2013年第34卷第9期上的论文《考虑土拱效应的倾斜滑移面间竖向应力研究》[1]（以下简称原文）的关注，并进行有益的讨论（以下简称讨论稿）。

沉入式圆筒结构土与筒壁间竖向应力分布及圆筒变位计算

采用模型试验分析了沉入式圆筒结构在倾覆过程中土与筒壁间摩阻力调整机理 ,并基于试验资料建立了土与筒壁间竖向应力的数学表达式 ,同时利用已建立的有关公式求解圆筒结构的变位。

竖向应力及干密度对砾石土土-水特征曲线的影响研究

利用SWC-150 Fredlund土-水特征曲线压力仪,对不同干密度的砾石土进行不同竖向应力作用下的土-水特征试验,探讨了干密度和竖向应力对土-水特征曲线(SWCC)的影响。采用Fredlund&Xing三参数模型对试验所得的土-水特征曲线进行最小二乘法拟合,获得了土-水特征曲线的模型参数,并探讨了其变化规律。随着竖向应力及干密度的增大,模型参数n增大,m减小。除吸湿阶段拟合参数a随干密度略微减小外,其余情况a随竖向应力和干密度密度的增大而增大。结合土-水特征曲线拟合函数,分析研究了竖向应力和干密度对土-水特征曲线的进气值或进水值以及斜率的影响规律,提出了土-水特征曲线的进气值或进水值以及过渡段斜率与竖向应力和干密度的定量关系。结果表明:进气值或进水值与竖向应力和干密度呈线性关系,但吸湿阶段的进水值随干密度变化不明显;土-水特征曲线的斜率与竖向应力呈双曲线关系,与干密度呈直线关系。

竖向应力及干湿循环对黄土土-水特征曲线的影响

土-水特征曲线是描述非饱和土水力特性的重要参数之一。利用非饱和土固结仪对2组5个压实非饱和黄土试样进行土-水特征试验,研究了不同的竖向应力和干湿循环对压实非饱和黄土土-水特征曲线的影响。试验表明,随着竖向应力的增大,压实黄土的进气值和脱湿率逐渐增大;在一个干湿循环中,同一基质吸力下脱湿曲线所对应的含水率大于增湿曲线所对应的含水率,脱湿率大于增湿率;第2次干湿循环所产生的滞回圈大小小于第1次干湿循环;滞回圈大小随竖向应力的变化而变化。