结构性剑桥模型的修正研究

Liu等通过对原状结构性土的压缩试验试验研究,分析了与修正剑桥模型研究的重塑土的变形特性的差异,基于修正剑桥模型的基础上提出了反映结构性影响的参数,建立了结构性剑桥模型。Liu等结构性剑桥模型物理意义明确,对结构性的表述简单,能较好的定性及定量反映结构性黏土的重要特性。然而,天然沉积软黏土的e?lnp压缩曲线在屈服后阶段的直线段不明显,并且不能全面、客观地反映天然沉积软黏土的压缩特性,给建立土体的结构性模型带来不便和误差。通过引入ln(1?e)?lnp双对数坐标,可以有效地改善天然沉积软黏土压缩曲线在e?lnp坐标中的非线性关系,克服了假定天然沉积软黏土e?lnp线性压缩曲线不能真实反映天然沉积软黏土的压缩性质的缺点,建立了天然沉积软黏土在双对数坐标下的修正结构性剑桥模型。

黏土结构性对孔压静力触探结果的影响分析

针对目前黏土结构性对孔压静力触探结果的影响及其机理尚不是很清楚的问题,首先在ABAQUS软件中对结构性剑桥模型进行了程序实现,然后建立了孔压静力触探贯入结构性黏土的数值模型,通过数值计算分析了黏土结构性对孔压静力触探结果的影响。数值计算结果表明:(1)黏土的结构性会导致锥尖周围土体的偏应力增大,由于锥尖附近土体的结构性损伤,最大偏应力出现在距锥尖一定距离的右下方;(2)表征结构性强度的参数——初始结构屈服应力p’_(yi)越大,锥尖阻力qc越大,而表征结构性损伤速度的参数——结构性对流动法则影响参数ω越大,q_(c)值越小;(3)p’_(yi)值越大,贯入停止时的超静孔隙水压力u越大,而ω值越大,贯入停止时的u值越小;(4)经验圆锥系数N_(kt)随p’_(yi)增大明显减小,随ω的增大略有减小。因此,黏土的结构性强度及其损伤会明显影响孔压静力触探的测量结果,基于锥尖阻力q_(c)估算结构性黏土的不排水抗剪强度su时应采用考虑结构性影响的经验圆锥系数N_(kt),否则将会低估结构性黏土的s_(u)。研究结果可为孔压静力触探结果的分析和应用提供参考。

考虑软黏土结构性损伤的圆柱孔扩张弹塑性分析

针对天然沉积软黏土中施工扰动导致原位土结构性损伤和强度降低的特征,根据圆孔扩张过程中产生的塑性剪切应变以及实测的渗透系数与不排水强度随径向距离的变化规律,提出对数式的原位扰动度函数以描述塑性损伤区的屈服强度变化;基于结构性剑桥模型屈服准则,采用屈服应力比和灵敏度分别表征初始结构稳定性和结构强度可变性大小,并与扰动函数相结合,推导了考虑土结构性损伤的软黏土柱孔扩张弹塑性解,表达式中灵敏度值为1时退化为不考虑结构损伤的传统解。进而通过竖井和沉桩施工引起的超静孔隙水实测结果与理论计算值的对比,验证了本文理论解的有效性;并分析了土结构及其损伤对柱孔扩张效应的影响,结果表明:屈服应力比越大,塑性区半径越小,径向应力越大,超静孔压随径向距离先增大后减小;灵敏度越大,径向应力越小,超静孔压越大。分析推导结果对准确预测挤土效应与合理揭示孔压静力触探等原位试验测试机理具有实用价值。

结构性黄土劈裂注浆力学机理分析

为了在塑性力学与大变形理论基础上分析黄土地区劈裂注浆力学机理,将注浆初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,将孔周围的土体应力分布分为3个区域:弹性区、塑性区及破坏区。结合结构性黄土修正剑桥模型,在弹性区采用小变形理论,在塑性区、破坏区采用大变形理论。根据应力平衡方程、应力应变连续边界条件,推导了考虑排水和大变形时塑性区、破坏区半径及竖向、水平劈裂注浆压力的理论解答,最后结合工程算例进行论证。结果表明:该解答综合考虑了黄土的结构性参数、压缩模量、泊松比、内摩擦角、塑性破坏参数、剪胀系数、扩孔形式k及屈服准则等因素;同时,还分析了浆泡周围土体的应力应变分布解及在参数影响下的递变规律;经对比分析发现,该文的劈裂注浆压力理论计算值与工程实测值比较接近,初步证实了理论的可靠性,在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值。

饱和结构性黄土不排水柱孔扩张问题弹塑性解

为导出饱和黄土中不排水柱孔扩张问题严格解,采用结构性黄土修正剑桥模型描述黄土力学特性。在弹性区采用小变形假设求解孔周土体应力与变形,同时将塑性区柱孔扩张边值问题转化为3个以应力分量为基本未知量的一阶非线性常微分方程求解问题。以弹塑性界面上应力分量作为初始条件求解控制方程,得到孔周塑性区应力分布,然后对径向平衡方程积分求得孔隙水压力。通过算例分析验证了该方法的正确性。结果表明:退化解与已有数值解完全吻合,并且黄土结构性对孔周应力、超静孔压以及弹塑性半径等影响显著。

盾构掘进引起土体扰动的数值模拟与现场验证

为了研究结构性软土中盾构掘进过程对土体扰动的影响,引入了修正结构性剑桥模型考虑土的结构性,在Abaqus中编写了该模型的子程序并建立了盾构掘进的三维有限元模型,以模型中结构强度参数为评价指标建立了盾构掘进引起土体扰动评价方法。以宁波地铁1号线二期工程邱隘东站到五乡站左线盾构隧道项目为例,分析了盾构推进过程中的土体变形、超孔压分布及土体扰动情况。结果表明,土体结构性变化对预测结果的准确性有较大影响,当考虑土体结构性的影响时,预测结果更接近实测值;数值模拟得到隧道底部土体扰动度大致呈三角形分布,最大值为31%,影响范围达3.0m,与采用静力触探锥尖阻力扰动评价结果基本一致。对盾构施工控制参数进行分析,开挖面的支护压力对土体扰动的影响较大,当增大0.5倍支护压力时,隧道底面扰动度从31%增加至40%,影响范围从3.0 m增大到4.0 m。

结构性黄土排水柱孔扩张问题弹塑性解析

为研究黄土地区原位测试、沉桩扩孔以及劈裂注浆等岩土工程问题,基于结构性黄土修正剑桥模型,在严格遵循平均有效应力与偏应力定义前提下,针对排水柱孔扩张问题导出严密解。在孔周弹性区采用小变形理论求得土体应力与位移解析解,在孔周塑性区采用大变形理论,并借助中间变量将圆孔扩张问题转化为基于拉格朗日描述的一阶常微分方程组的初值问题,结合孔周弹塑性边界条件,导出塑性区土体有效应力分量与比容的半解析半数值严格解。结果表明:得出的退化解与已有解析解完全吻合,并且考虑土体结构性的计算结果与黄土地区开展的原位试验结果也较接近,从而验证了该分析方法与计算结果的合理性;结构性对土体塑性区半径、塑性区应力与比容影响显著,考虑结构性影响能够提高土体强度,在超固结比较大时也能减小土体软化程度。该解答不仅能为静压桩的桩侧阻力、劈裂注浆压力与原位试验参数等计算提供参考,还能为该类工程的简化计算提供理论验证依据。