再论有效应力原理与饱和土静止侧压力计算

笔者引入饱和土给水度参数计算出自由水通道面积,依据绝对水平截面力平衡原理,推导出竖直水土压力计算公式(新有效应力原理)。通过饱和土土骨架受力分析和水土侧压力特点,首次提出饱和土静止侧压力统一计算新公式σ侧=k 0σ′+ku_(水)+(1-k)μu_(水),并提出自由水作用力在土颗粒中的传递率概念。当传递率为1时就是太沙基有效应力原理的水土分算公式,当给水度为0时就是现今的水土合算计算公式。饱和土静止侧压力计算新公式从理论上分析出水土分算与水土合算的正确性。希望能对理论土力学的发展和饱和土静止侧压力计算有所帮助。

基于高空间分辨率BOTDA的土体沉降监测研究

地面沉降因其不易被察觉、成灾后果严重,一直都是当今危害较大的一种地质灾害问题.为了能够对地面沉降灾害做出有效预防,地面发生沉降时对土体进行位移监测尤为重要.分布式光纤传感技术因其可实现高灵敏度的分布式监测而成为获取土体沉降位移信息的手段之一.在充分考虑直埋式应变传感光纤和周围土体沉降协调的基础上,运用厘米级高空间分辨率布里渊光时域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)技术测量土体发生沉降时实验段光纤的应变分布,根据应变-位移计算模型将应变测值转换成位移信息,从而实现对土体沉降位移的测量,并与土体实际沉降位移进行了对比分析.实验结果表明,在光纤与土体耦合良好的阶段,沉降位移的实验测量结果与土体实际沉降位移之间符合较好;在光纤上布设地锚可以提高光纤与土体的耦合性能,进而获得更好的沉降监测效果;实验得到的纤-土沉降耦合变形程度划分标准可以用于定量评价沉降过程中光纤与土体的耦合程度.

考虑渗透性的水-土压力计算方法

在弱渗透性黏性土中,水–土压力的计算采用"水土分算"还是"水土合算"一直是学术界和工程界有争论的问题。上述两种土压力计算方法只考虑了极端情况,没有充分考虑土体的物理特性,计算结果差异很大。笔者根据不同土具有不同渗透性这一基本物理特性,提出考虑渗透性的水–土压力计算方法,该方法概念明确,适用范围更广,可以实现从无黏性土到黏性土的水–土压力计算且具有连续性,最后通过算例验证了该方法的合理性。

玄武岩纤维加筋黏土数值模拟及机理研究

为研究玄武岩纤维加筋黏土的力学特性及纤维加筋机理,采用ABAQUS有限元软件构建了玄武岩纤维加筋黏土数值分析模型,同时基于Python语言对ABAQUS建模进行了二次开发,按纤维与干土质量的百分比0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%和0.60%,考虑了不同纤维长度和分布模式的影响,建立了一系列玄武岩纤维加筋黏土的无侧限抗压试验数值分析模型,并结合室内试验结果进行了对比验证,探讨了纤维加筋机理。结果表明:(1)采用筋土分离的方法,在ABAQUS中基于Python语言进行二次开发可实现纤维加筋土模型的简化建立,模拟结果与室内试验结果基本相符;(2)玄武岩纤维的掺入可以显著提高土体的无侧限抗压强度,并减少土体的侧向鼓胀变形量,纤维掺量、长度和分布模式对土体强度和侧向鼓胀变形量均具有一定影响;(3)纤维加筋机理与纤维在土体中的受力特征有关,通过对不同掺量、长度和分布模式的纤维在土体中受力特征的分析,可以解释其对土体力学特性的影响规律。

寻乌离子型稀土矿体抗剪强度特性试验研究

江西寻乌的离子型稀土矿体为属于粉土,是介于砂性土和黏性土之间的一种过渡性土。研究该类矿体的抗剪强度计算方法,对于分析原地浸矿过程的边坡稳定具有重要意义。应用水土分合算理论,引入水压率的概念,从土的微观层面上分析水对矿体强度的影响,设计出一种室内测定水压率的试验装置。测定不同孔隙比下的水压率,采用GDS三轴仪测试总应力指标和有效指标,分别计算水土合算、水土分算和水土统一算法下稀土矿体的抗剪强度。试验研究结果表明:矿体孔隙比越大,水压率越大,饱和矿体的抗剪强度随着水压率的增大而减小;寻乌稀土矿体的水压率值为0.90~0.92;因而,采用水土统一算法计算得到的抗剪强度值与水土分算法的抗剪强度值更接近,与水土合算下的抗剪强度值相差较大。

水及土压力的实测研究

通过对上海软土地基基坑工程大量的实测土压力、实测孔隙水压力值和实测水位值的分析，阐述了基坑外土压力、孔隙水压力随工况的变化规律。认为软土地区既可采用水土合算，又可采用水土分算。给出了水土合算时的侧压力系数的取值方法；同时提出了水土分算时，土压力与水压力应分别乘以相应的系数，且给出了水压力合理的折减系数ｋｗ值（孔隙水压力与静水压力的比值称为静水压力的折减系数）以及水土分算时的土压力项的侧压力项的系数ｋｓ。

大深度地层水土压力计算的影响因素探讨

我国近年迎来了地下空间开发利用的热潮,随着浅层地下的逐步开发,有必要对大深度地下空间的开发利用进行研究,因此就需要弄清楚其水土压力特性,这方面的研究也是国内外所缺乏的。本文大致介绍了目前的研究成果和日本在大深度地层开发中的一些经验,对比分析了国内各地规范关于水土压力的常规计算方法。基于以上内容,探讨了大深度地层水土压力计算时应考虑的重要因素,认为应采用水土分算法,同时考虑应力路径、渗流、超静孔隙水压、蠕变和实际工况等带来的影响。

地下水作用时侧向压力的计算

水土合算方法,未考虑孔隙水对土粒的浮力的影响,侧向水压力不应该乘与之不相干的土压力系数,由此会造成主动土压力偏小,被动土压力偏大;静水压力的水土分算法,在支护结构底端,基坑内外水压力不能平衡,静水压力对土压力贡献过大,造成主动土压力偏大,被动土压力偏小.理论上对水土分算和水土合算两种算法进行了论证,并提出考虑孔隙体积渗流力的水、土分算法.

基于三轴试验的水-土压力计算

支挡结构物设计时水-土压力的计算方法一直存在争议,分算方法理论机理明确,但孔压难以实测,合算方法适应某些工况,但机理不明。针对运营期内支挡结构物后填土表面短时间施加临时荷载的特殊工况,根据室内三轴UU试验和CU试验间内在联系,提出了通过CU强度包线判定不排水条件下土体所处状态的方法,利用CU强度包线得出骤加荷载时主应力和超孔压计算公式,为特殊工况下支挡结构物上水-土压力计算提供一种新的探讨思路。

再论“水土合算”与“水土分算”

关于"水土合算"与"水土分算"问题,目前基本在砂土中采用水土分算;在黏性土中,采用水土合算。现从土体微观结构分析,认为水土压力计算问题均为在有效应力原理框架下的广义水土分算。所不同的是,"土压力"为土颗粒与所附结合水或封闭的絮状结构对地下构筑物的作用,而"水压力"为流动的自由水对地下构筑物的作用。如此,可很好地解释黏土中浮力"折减"和水土压力实测值接近水土合算结果的现象。最后,指出水、土压力的分配与土体的黏粒含量、孔隙比和固结历史等有关,并可结合渗透性试验来确定计算结果。

渗透性土质下戴河大桥基坑支护分析

基于渗透性土层在渗流作用下的水土分算法原理,对戴河大桥桥墩基坑支护进行了设计与计算,运用有限元分析软件求得支护结构的变形值、基坑周围土体的沉降值等.在现场基坑开挖、降水过程中,合理设置监测点对支护变形及地表沉降实施了跟踪监测,将计算所得的支护最大变形值与实测最大变形值相比较,两者吻合较好,支护的强度、刚度、稳定性、抗管涌等性能满足建筑基坑工程检测技术规范的要求.

支护结构侧压力计算方法研究

针对选用水土合算方法与水土分算方法及采用不同指标对水土侧压力计算结果的影响，在理论分析基础上结合工程原型观测数据对其进行了讨论．

琼州海峡海底隧道混凝土管片内力分布特征数值模拟

在盾构隧道混凝土管片的设计中,管片截面内力的计算是重要的一环。为了研究水土合算和水土分算模型对管片截面内力的影响,以琼州海峡海底隧道为研究背景,利用ANSYS软件建立了管片的等刚度圆环模型、铰接模型和梁-弹簧模型,并通过水土合算和水土分算两种方法计算研究了管片的内力特征。研究表明,两种计算方法的弯矩差异很大,轴力差异较小,水土合算的最大弯矩比水土分算大2.2～2.9倍,轴力比水土分算大11%～16%。数值模拟了水土分算模型下覆水深度对混凝土管片内力的影响,研究表明当覆水深度从40 m增加到120 m时,混凝土管片的最大弯矩增加了4.0%,最大轴力增加了51.4%,管片的轴力相对于弯矩受水压影响较大。

水土压力统一计算理论的证明及水土共同作用下的压力计算

为解决水土压力合算和分算的争议,从理论上证明水土合算在某些情况下的合理性,有必要建立能够把水土分算与合算统一在一个理论框架下的统一算法。采用理想模型试验建立一个水土压力统一计算理论,同时,证明了统一计算理论的科学性。以理想模型试验为基础,提出一个新的可以应用于水土压力分算与合算统一算法的强度理论。算例分析表明,新的统一算法计算结果与相关算法略有差异。该算法既可以在砂土时水土分算,也可以在黏土时水土合算;并且,可以实现黏质粉土和粉质黏土等半透水土层的水土压力计算,为地下构筑物所承受的荷载计算提供理论基础。

饱和土有效应力原理下的水土压力分算和合算的统一计算

基坑支护中的水土压力计算一直困扰岩土工程界,对于"水土分算"与"水土合算"存在许多争议。根据饱和土的几项参数,对太沙基的有效应力原理理论分析,推导出饱和土的总应力、土骨架应力(有效应力)和水应力(中和应力)三者之间的关系公式。通过推导出来的水土压力计算新公式对现今典型土的水土压力进行计算,计算出的值与实际基本相符,实现了"水土分算"与"水土合算"的统一计算,水土压力计算都是在饱和土有效应力原理下的"水土分算"。希望能对理论土力学的发展和基坑支护的水土压力计算有所帮助。

水土压力统一计算理论的提出和发展

地下结构上水土压力的合算与分算既关系到基坑围护的设计,又关系到地下结构的抗拔桩设置。现场数据表明,砂性土采用水土压力分算是合理的,但黏性土采用水土压力合算是否合理一直是学术界与工程界争论的焦点问题。为解决争议,笔者提出了可以统一水土压力合算与分算的方法,作为一个逻辑上自洽的理论,实现了水土分算与合算之间的过渡,为水土合算提供了理论基础。回顾该理论的提出过程,对其合理性做了进一步说明,分析了该理论的学术价值和发展前景。

考虑桩-土相互作用的单支座脱空对桥墩受力性能的影响

为了研究单支座脱空时桥墩受力性能变化规律,根据T形梁桥设计图,利用桥梁有限元软件MIDAS/Civil建立简支变连续梁桥空间模型,分析单支座脱空后墩顶竖向载荷特性,利用ABAQUS软件建立下部结构,分析桩-土作用下桥墩受力性能的变化情况.研究发现:边梁支座脱空对盖梁截面弯矩的影响范围最大,且均大于正常值,此时跨中截面受力最不利,容易造成拉应力超标,导致结构开裂破坏;边梁支座脱空对横系梁上侧墩身弯矩的影响最显著,墩身顶面受力最不利.

水土压力研究与应用实例

介绍了水土分算、水土合算的概念和作用机理,并结合实际工程,对水土压力计算方法提出自己的一些观点,有关经验可供相关专业人员参考。

关于地下光缆线路与市郊大树间防护隔距的计算

文章结合雷击现场的实际,以理论计算方式分析了地下光缆线路与市郊孤立大树间的防雷隔距,包括对穿放在塑料护套中的地下光缆线路耐雷电冲击的防护隔距安排的分析。

基坑支护中水土分算的缺陷与改进

针对目前水土分算方法中结合水不能传递静水压力的缺陷,引进与土中结合水、塑性指数相关的系数α,建立更加合理的水土分算公式,指出了该方法能够更好地接近实际。