考虑渗透各向异性的隧道周围饱和软土固结特性分析

考虑隧道周围软土非线性固结特性,基于一种交替隐式差分格式编制了计算程序,对二维非线性固结控制方程进行求解。在验证差分解正确性的基础上,得到了隧道均匀渗漏、局部渗漏和综合考虑均匀+局部渗漏模式3种情况下按超静孔压定义的平均固结度随时间的发展规律,并分析了渗透各向异性、软土厚度和初始有效固结应力对隧道周围软土固结度变化的影响规律。结果表明:正确考虑隧道透水模式对固结问题尤为重要;固结速率随渗透各向异性系数rk的增大而增大;在固结后期,固结速率随软土厚度的增大而减小;对于初始有效固结应力不同而初始渗透系数相同的各土体而言,固结速率随初始有效固结应力的增大而增大。

饱和软土非平行等效时间线流变一维固结分析

在饱和软土非平行等效时间线流变模型基础上,综合考虑软土地基成层性和非线性特点,利用半解析法对地基一维固结控制方程进行求解分析。采用Fortran语言编制相关计算程序,将退化后的计算结果与已有的平行等效时间线下的流变固结解进行对比,验证该解答的正确性。利用该程序分析饱和软土地基流变固结性状,分析讨论了非平行线参数ζ对土体次固结系数的影响,以及非平行等效时间线流变固结下有效应力定义的固结度和地表总沉降的增长规律。分析结果表明:非平行等效时间线模型的次固结系数随自重应力和有效应力的增大而减小,且减小速率取决于ζ值大小;非平行等效时间线下的流变特性主要对主固结后期和次固结阶段影响显著,ζ值越大,主固结完成越早,后期次固结沉降量越小。

隧道周围饱和软土二维非线性固结分析

考虑隧道周围软土压缩性和渗透性的非线性变化,建立二维非线性渗流固结控制方程,利用一种交替隐式差分法进行求解,得到隧道完全透水、完全不透水和半透水三种情况下平均固结度随时间的发展规律;通过将退化解与现有解析解进行对比,验证了差分解的正确性.同时,分析了压缩指数Cc和渗透指数Ck对隧道周围软土固结度变化的影响规律.结果表明:隧道透水性是影响固结度发展变化的重要因素;Cc对固结度发展的影响小于Ck;渗流固结会导致隧道周围土体的有效应力场发生变化,平均固结度随着Ck的增大而减小.若不考虑土体非线性,将会对固结度计算产生较大误差.

饱和软土区紧邻古建筑异形深基坑安全控制研究

本文结合福州市三坊七巷景区紧邻古建筑的深基坑工程实例,探讨饱和软土区异形深基坑支护工程的安全控制。针对工程所处饱和软土并紧邻古建筑且凸形阳角处变形大的特点,采用“SMW工法桩+砼内支撑”的综合支护方案,重点解决工期内对周边建(构)筑物安全的影响,从“设计-施工-监测”全过程控制变形尤其是凸形阳角处重点部位的变形协调。现场动态监测成果表明,该设计方案合理、施工措施得当,工程施工期间有效控制了邻近建筑物和周边环境的变形,支护方案安全可靠、经济合理,对今后类似工程具有一定的指导意义。

穿越深厚饱和软土桥墩嵌岩桩偏位原因及处治方案研究

为研究穿越深厚饱和软土桥墩嵌岩桩受地面堆载作用产生偏位的原因并提出处治方案,以某立交项目为背景,采用力矩平衡法和数值模拟相结合法分析饱和软土地基和嵌岩桩的受力,提出桥墩拉索稳固结合支架托换与地基加固结合专用设备顶升托换2种处治方案并进行比选。结果表明:深厚饱和软土地区地面堆载易造成桩基偏位和破坏;采用力矩平衡法分析发现土体滑动面半径越大、堆载越高,桩基剪力越大,在滑动面上多排桩受力不均,会造成桩基偏位并发生渐进性破坏;数值模拟显示,与嵌岩面相切的滑动面稳定性最差,滑动面圆心角约125°,与理论计算结果基本一致,桩基有阻止地基土滑动面剪切破坏的作用,但多排桩的内力和基岩应力分布不均,受力大的桩先行偏位,桩基发生渐进性破坏,进而造成桥墩偏位;拆除桥墩过程中,采用桥墩拉索稳固结合支架托换的处治方案,施工扰动影响小,实施效果较好。

饱和软土地层中管幕法隧道施工风险分析

上海市中环线虹许路—北虹路下立交工程设计采用管幕结合箱涵顶进—有中继间的推进工法施工,是我国第一次引进管幕工法施工,也是世界上在饱和软土地层中施工的最大、最长的管幕法工程,其工程规模大,工艺新颖,工程地质条件差,存在很大的施工风险。运用风险分析方法,分析了饱和软土地层中施工管幕法隧道时在管幕顶进精度、管幕顶进阻力、地表沉降(隆起)、管幕损坏、管幕水密性、管幕锁口连接以及箱涵开挖面稳定、箱涵损坏、箱涵方向控制、管幕下沉、箱涵安全出洞、地面变形控制等方面存在的风险,得出了工程的总体风险水平,并提出了相应的防范措施。

杭州饱和软土固结过程微观结构试验研究

软土的工程特性很大程度上取决于土体内部的孔隙特征及其变化规律,为探讨软土固结过程中压缩性及其微观结构变化机理,对杭州结构性黏土进行室内固结试验,通过液氮真空冷冻干燥技术制备微观土样,借助扫描电镜试验获取微观结构图像,用计算机图像处理软件定量分析土体孔隙特征随着固结压力的变化规律,并讨论微观结构参数与土体压缩性的相关机制。结果表明:固结压力将显著改变软土的孔隙尺度、分布、排列、形态等特征,随着固结压力的增加,孔隙数先增加后减少、微小孔隙的比例增加、均一化程度提高、定向性增强、复杂程度降低;土体微观结构参数与压缩系数随着固结压力的变化规律有很好的相关性,均在固结前期显著变化,在固结后期变化趋于平缓;用土的微观结构变化解释和验证宏观试验土体的物理力学特性是可行的。

强夯法加固饱和软土地基效果研究

依据现场试验资料，对饱和软土地基在不同排水条件下的强夯加固效果进行了对比研究。

饱和软土中打入式预制桩单桩承载力的时效性

饱和软土中打入式预制桩承载力的时效性问题早已为学术界所共识，并已在工程实践中得到了验证。但对上海地区饱和软土层中的打入式预制桩的休止时间对单桩承载力的影响规律，尚待进一步研究。结合近期完成的一项实际工程的现场实测静载荷试验资料，对预制桩的静载荷试验的间歇时间问题进行了有益的探讨。饱和软土中的打入式预制拉，在沉桩两周后一定时间内，复压单桩极限承载力平均提高了将近单桩设计最大加载值的３０％。

饱和软土微结构分形特征的试验研究

分形几何学是研究具有自相似性的不规则曲线、具有自反演性的不规则图形、具有自平方性的分形变换以及具有自仿射的分形集等内容的一种理论,是岩土微观结构力学研究和应用的新的生长点。将分形几何学的理论运用于饱和软土微结构研究,关键是获得微结构的参数。利用液氮真空冷冻制样技术、扫描电子显微镜技术和计算机图像处理技术,对广东科学中心饱和软土颗粒分布分维值和孔隙分布分维值等微结构分形参数进行了提取,采用回归分析的方法,对颗粒分布分维值、孔隙分布分维值和孔隙度的关系进行了分析,明确了颗粒分布分维、孔隙分布分维等微结构参数的分形特征的宏观本质。

广州饱和软土固结过程微孔隙变化的试验分析

软土的孔隙特征及其变化规律对软土的压缩性和渗透性有重大的影响,软土孔隙特征随荷载变化规律的试验研究为揭示软土排水固结过程与变形规律,建立基于孔隙压缩规律和渗流机制的排水固结模型提供有力依据。利用美国全自动压汞仪,对不同压力下固结的广州番禺淤泥土样的孔隙及其尺度分布进行测试,根据测试结果对土样孔隙尺度分布特征及其随固结压力的变化规律给出了定量分析。试验结果表明:淤泥土中介于0.4～2.5μm范围的颗粒间及团粒内的小孔隙所占比例最大,而大于10μm的大孔隙和小于30nm的超微孔隙所占比例均很小;较大的孔隙更易于被压缩而湮灭或被分裂成微小孔隙;固结压力将显著改变淤泥土的孔隙尺度及其分布特征,以致改变土体的压缩性和渗透性。在固结前期(p<200kPa)孔隙尺度较大,压缩系数和渗透系数较大并随固结压力增加而快速减小;在固结后期(p>200kPa)孔隙尺度小,压缩系数和渗透系数小,且随固结压力增加的变化趋于平缓。

珠三角饱和软土固结过程中微观孔隙结构的演化规律

结合室内土工试验和某高速公路软基加固试验段工程,采用真空冷冻升华技术与SEM电镜扫描以及图像处理方法,获得了珠江三角洲饱和软土的孔隙度、孔隙总面积、孔隙总个数、平均孔隙周长、孔隙平均直径及孔洞复杂度等微观指标。通过对软土微观结构图像研究,得到了饱和软土受压固结过程中微结构的演化规律:珠江三角洲的饱和软粘土是一种孔隙体积占整体体积最高达66.7%的空架结构土,孔隙中充满水体,在外载荷的作用下,大孔隙首先破碎,周边折断,土体内部结构从空架式逐渐向多面体片架结构发展;伴随着孔隙直径减小,孔隙体积缩小,土粒间靠近,水体被排出的同时,土体被压缩而逐渐固结。

饱和软土中预制桩承载力时效的研究

为研究饱和软土中预制打入单桩承载性能的时间效应,结合天津大港电厂二期工程的静力试桩,对混凝土预制桩和钢管模型桩分别进行了沉桩不同休止时间、不同加荷程序的静载试验,并对桩身荷载传递进行了测试。通过试验结果分析,对饱和软土中预制打入单桩的时效特性提出了一些见解,并对如何考虑时效特性来确定单桩承载力的方法提出了建议。

饱和软土中沉桩引起的孔隙水压力估算

饱和软土中挤土桩的承载力随时间的增长与沉桩引起的超孔隙水压力大小及其消散有密切关系。分析了小孔扩张理论的不足，提出用土压力理论来估算沉桩引起的超孔隙水压力。分别讨论了单桩和群桩两种情况下超孔隙水压力的计算，并与实测资料进行了对比。

饱和软土的弹塑性大变形有限元平面固结分析

基于非线性连续介质力学的基本理论，采用ＴｏｔａｌＬａｇｒａｎｇｉａｎ法（即ＴＬ法），在原有的小变形弹塑性软土固结程序Ｃｏｎｄｅｐ基础上，编制了二维大变形平面固结问题有限元计算程序，其中采用软土修正Ｃａｍｃｌａｙ本构模型时，考虑了刚性旋转不变性的影响．验证了程序的正确性，并就一典型的软土地基进行计算，所得结果与小变形理论结果作了对比．

饱和软土的经验型蠕变模型

通过漳州地区饱和软土的三轴排水与不排水蠕变试验,得到不同偏应力下蠕变曲线和应力-应变等时曲线,发现应力-应变等时曲线可以用一双曲线函数来描述,在此基础上建立应力-应变关系采用双曲线关系,应变-时间关系采用幂函数的经验型蠕变方程。研究结果表明:该模型具有参数少、适用性强的特点;模型参数可以一组蠕变试验数据得到的蠕变曲线中获得,对模型中的参数n可采用分段求平均值的方法提高拟合精度,利用该模型数据拟合的相关系数R2可达0.98;该蠕变方程较Singh-Mitchell模型、Mesri模型能更好地拟合试验数据,较好地反映和预测饱和软土的蠕变特性。

大面积荷载下非饱和软土场地考虑时间效应的单桩负摩阻力计算方法

大面积荷载下非饱和软土场地单桩负摩阻力在采用《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)进行计算时,会遇到桩侧软弱土层深度确定困难、负侧摩阻力分布形式与该规范建议方法确定的形式有差异等问题,导致基桩负摩阻力计算困难。为解决上述问题,基于《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)对正负侧摩阻力规定或推荐的做法,国内外对单桩负侧摩阻力的研究、实测成果,结合某工程场地形成后大面积填土荷载作用条件及地层分布等,建立了大面积荷载作用下基桩负侧摩阻力分布的概念模型;基于实测桩侧土变形数据,对场区土层的变形数据进行对数曲线拟合,确定场区沉降计算经验系数及桩侧土固结度,并以此来计算桩及桩侧土考虑时间效应的分层沉降,然后基于桩及桩侧土变形相等的原则确定考虑时间效应的中性点。最后给出了大面积荷载下单桩负摩阻力计算的具体方法和步骤。以某工程项目为例的实际计算结果表明,所述方法对大面积荷载下单桩负摩阻力计算具有较强的工程实践及应用价值。

冲击荷载下饱和软土动态响应特征的试验研究

基于现场动力排水固结法加固饱和软土地基工程实践和室内动力固结试验,结合土体压力分析了饱和软粘土在冲荷载作用下的变形与孔压的发展变化规律。研究表明:冲击荷载引起土体变形和激发的孔压具有不同发展模式,土体变形冲击击数是对数双曲线关系,而孔压与冲击击数之间仅是双曲线关系。

压汞法在研究饱和软土孔隙分布中的应用

采用压汞法对广州软土单轴压缩过程中的不同固结压力下的试样进行了试验研究。结果表明:原状淤泥土孔隙较大,孔隙分布以小孔为主,随着固结压力的增大,土体中孔隙体积显著减少,土中团粒发生塌陷、滑移,团粒内的孔隙被压密,孔隙分布逐渐向微孔和超微孔发展;当固结压力达到800 kPa时,孔隙分布结构发生显著变化,孔隙结构完全以微孔和超微孔为主。

基于微结构参数的饱和软土工程性质的研究

利用液氮冷冻制样、扫描电镜和计算机图像处理技术,采用多元逐步线性回归的方法,对广东科学中心46组饱和软土试样的颗粒分布分维值、孔隙分布分维值、孔隙度、孔隙总面积、孔隙总个数、平均孔隙周长、孔隙平均直径及孔洞的复杂度等微结构参数与压缩系数、压缩模量、内聚力和内摩擦角等宏观工程性质参数的关联性进行了分析,初步探讨了饱和软土微结构参数对工程性质的影响,为饱和软土微观结构力学理论的进一步发展提供了思路和方法。