K_0固结软黏土的弹黏塑性本构模型

在修正剑桥模型基础上综合考虑了软黏土的各向异性及率相关性,建立了适用于K0固结软黏土的弹黏塑性本构模型。模型借鉴过应力理论的基本思想,定义了与动态加载面相对应的参考屈服面,应用径向映射准则将两者联系起来,流动函数通过分析一维情况下土体的体积蠕变速率得到。以黏塑性体积应变为硬化参数,将一维情况扩展到三维应力状态,直接用次固结系数描述土体黏性强弱,所有参数可通过压缩试验及三轴不排水剪切试验得到。分别计算了代表性等向和K0固结黏土的三轴不排水等应变率加载、不排水剪切蠕变及蠕变破坏过程,与试验结果进行对比,验证本文模型的有效可行性。

考虑两种不同性质超固结的土体本构模型

结构对土体的变形特性有强烈影响,土体本构模型应该反映土体的结构性。通过调研分析将土体变形表现出的超固结划分为结构超固结与应力超固结这2种不同性质的超固结,从而使结构超固结与应力超固结统一起来。土体结构超固结采用结构超固结参数来表示。模型对修正剑桥模型进行扩展,模型的屈服面形状与修正剑桥模型一致,而屈服面的大小由结构超固结和应力超固结ps之和决定,而屈服面的变化由体积硬化与结构损伤共同来描述,模型采用相关联流动法则;从而提出了一个可考虑结构性的粘土本构模型。模型概念明确,参数简单并有物理意义。初步验证表明,模型可以较好的反映结构性土体的变形特性。

考虑剪胀效应的各向异性本构模型及其在圆柱扩孔中的应用

自然沉积场地中的超固结黏土兼具各向异性与剪胀性质,但能同时准确描述上述特性的本构模型较少,而能将模型应用于土体的柱孔扩张分析就更为少见.为此,做了三点工作:(1)在超固结黏土UH模型基础上,引入随超固结度变化的变相应力比,并利用非相关联流动法则反映受超固结度影响的剪胀特性;(2)采用修正的旋转硬化规则,利用塑性应变增量来驱动屈服面及塑性势面的转轴,使之反映初始各向异性以及循环加载下应力诱导各向异性特性.并采用基于SMP准则的变换应力方法来得到三维修正UH模型;(3)提出了一种自相似性模拟土体柱孔扩张方法.实测数据表明,在剪切加载下正常固结或者轻微超固结黏土处于体积收缩变形模式,而中度超固结则处于先剪缩后剪胀的变形模式,重度超固结黏土则是完全剪胀变形模式.K0固结黏土则表现为更高的剪切刚度以及稍高的残余强度,所提模型能够描述上述的剪胀规律以及各向异性特性.采用所提修正UH模型的三维本构方程及自相似性方法,分析了考虑超固结度以及K0固结条件下柱孔扩张过程中的土体应力场分布状态,并通过一系列各类型黏土的室内试验以及现场原位测试试验与所提模型及解析解方法的预测进行对比,验证了所提模型及解析方法的合理性及适用性.

K_0结构性黄土的临界状态模型

在修正剑桥模型的理论基础上,引入参数描述土的结构性,建立K0结构性黄土的临界状态模型,使模型能够预测K0结构性黄土的结构性及其他基本特性.该具有明确物理意义的结构性参数通过分析K0结构性黄土相关的各种试验结果而获得,且作为一个状态参数,其与土初始结构性及应力水平相关,不需另行测得.对模型计算值与试验结果比较,提出的模型能够较好地描述K0结构性黄土的应力应变特性,表明了该模型的合理性.

基于耗散能的海洋K0固结土统一修正剑桥模型

在海上风电桩基工程计算时,为方便土体本构关系的使用,减少土工参数的选取,对修正剑桥模型进行了改进。首先根据海洋工程中桩周土体通常为K_0固结饱和土的特点,在修正剑桥模型的基础上,引入相变参数,推导出适用于剪胀性土体的屈服面函数;然后参考统一硬化模型的研究理念,引入耗散功作为硬化参量,结合传统弹塑性理论,对Collins的热力学土体模型进行改进,提出了一种同时适用于砂土与黏土的新的统一修正剑桥模型;最后采用2个案例进行验证。研究结果表明:提出的本构模型具有计算精度高、选用计算参数少且物理意义明确的特点,可为海洋工程基础的相关计算提供参考。

K_0固结-CTC路径下砂土的弹塑性模型

基于反问题理论的岩土本构关系数值建模方法,对砂土弹塑性本构关系的数值建模进行了研究。

软土考虑K_0固结非线性弹性模型的研究及其应用

通过研究软土各向等压固结不排水三轴试验和K0 固结不排水三轴试验的应力 应变关系的归一化性状 ,建立一个软土考虑K0 固结非线性弹性模型 ,并结合工程实例 ,检验其适用性。

K_0固结饱和土柱孔扩张问题弹塑性分析

采用K0固结各向异性土体本构模型,将柱孔扩张后周围土体分为弹性区和塑性区,根据柱孔扩张理论和边界条件,推导出K0固结状态下饱和天然土体柱孔扩张问题弹塑性区的应力、塑性区半径以及超孔隙水压力的理论解答。同时,通过算例与修正剑桥模型解答进行对比分析,结果表明,土的不同初始固结状态对柱孔扩张后孔周围的应力和超孔隙水压力产生很大影响,采用考虑K0固结诱发各向异性土体本构模型所得到的应力和超孔隙水压力解答大于修正剑桥模型的解答,但塑性区影响半径却明显小于后者。

K_0固结软土的循环剪切特性及其流变模拟

对原状温州黏土进行了三轴不排水循环剪切试验,系统分析了黏土在循环剪切过程中应变和孔压的累积特性以及加载频率的影响。考虑到天然黏土不等向固结历史的影响,试验土样在循环剪切前均先K0固结至原位应力状态。研究表明,对于K0固结软黏土,以剪应变累积曲线出现拐点作为循环破坏标准较为合适,此拐点对应的单幅破坏峰值剪应变εs,tp大小基本恒定为3%,与加载频率、循环偏应力幅值等因素无关;循环荷载幅值一定时,荷载持续时间t对黏土的循环剪切性状起控制作用,可综合反映加载频率和振次的影响。根据黏性不排水循环累积效应与静力蠕变过程的相似性,按静力蠕变等效的思路,采用建立的各向异性弹黏塑性本构模型对其进行模拟分析,并通过试验验证了此流变等效方法的有效性。

k_0固结条件下淤泥土排水蠕变特性研究

利用室内试验研究土体蠕变特性时,因受试验条件限制较少开展土体的排水蠕变特性试验研究。对于先还原土体的先期固结条件,然后再开展土体的三轴排水蠕变特性试验的研究更少。为此,以淤泥土为研究对象,通过k0固结三轴排水蠕变试验探讨了饱和淤泥土在轴向加载和侧向减载条件下的排水蠕变特性。由试验数据可知：排水条件下,两种应力路径的轴向蠕变规律基本一致,体积应变明显小于轴向应变,且随时间的延长呈现一定程度的剪缩与剪胀交替性。首次利用三单元力学模型推测出淤泥土的蠕变起始时间为施加偏应力荷载后的100~200 min之间。提出淤泥土蠕变系数的概念并总结其变化规律,得知淤泥土的蠕变系数与偏应力水平密切相关,即不论围压及加载方式如何,蠕变系数均随应力水平增大而增大,且基本呈直线关系,而与前期固结围压大小、蠕变荷载施加方式关系不大。最后提出了淤泥土蠕变本构模型建立的思路,即用南水双屈服面模型描述瞬时变形量和用蠕变经验公式描述蠕变变形量相结合的方式来建立蠕变本构模型。

考虑K_0固结的软土基坑工程三维非线性有限元分析

为考虑基坑工程的空间效应,土体分别采用K0固结和正常固结试样固结不排水(CU)试验得到的Duncan-Chang非线性弹性模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,运用ABAQUS软件按照三维实体单元、壳单元、梁单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,建立了福州市一典型软土基坑工程整体三维有限元分析模型,对基坑施工的各工况下整个体系的响应进行了数值模拟"目标试验",并与实测结果和二维数值模拟结果进行了比较,结果表明,采用K0固结试样CU试验参数的Duncan-Chang模型对该基坑进行的三维非线性数值模拟分析方法是较为可靠的,较之Mohr-Coulomb理想弹塑性模型和二维有限元分析,其结果的优势是明显的,是值得推崇和具有较好应用价值的方法。

软土等向固结与K_0固结条件下的三轴试验研究

对某软土重塑样分别进行等向固结和K0固结条件下的三轴试验,研究了不同固结条件、不同围压下软土的强度和应力应变特性,并对试验结果进行了分析和对比。结果表明:低围压下,等向固结三轴压缩试验和K0固结三轴压缩试验土样破坏时的主应力差差别不大,随着围压增大,K0固结条件下试验土体的主应力差要明显大于等向固结条件下的试验土体;与等向固结相比,K0固结条件下的土体粘聚力c值减小,而内摩擦角增大;土体呈现剪缩特性。运用等向固结三轴压缩试验确定的邓肯模型参数模拟K0固结条件下土体的试验曲线,吻合较好,初步验证了邓肯模型参数对K0固结土体的适用性。

k_0固结饱和黏土的动剪模量与阻尼比

通过k_0固结不排水动三轴试验,研究了初始有效平均应力、初始剪应力以及振动应力历史对k_0固结饱和黏土动剪模量和阻尼比的影响。结果表明,可以将振动累积应变作为反映振动应力历史影响的状态参数;将同一状态参数下的动剪模量表示为随动剪应变的变化关系可以反映初始剪应力对动剪模量和阻尼比的影响;依据不同状态参数对应的最大动剪模量确定规一化动剪模量随动剪应变的变化关系可以反映初始有效平均应力的影响。初始有效平均应力、初始剪应力以及振动应力历史对阻尼比随振动剪应变的变化关系影响较小,可以认为阻尼比随振动剪应变有唯一变化关系。因此,通过一个固结压力下的一组振动三轴试验,结合一个试样在不同振动累积应变与不同初始有效平均应力下的多级振动三轴试验,就可以建立反映初始有效平均应力、静偏应力与振动应力历史影响的k_0固结饱和粘土动剪模量与阻尼比变化关系。

考虑K_0固结或渗流与变形耦合的软土基坑工程二维数值模拟

在大型有限元通用软件ABAQUS的平台上进行了邓肯-张模型用户材料子程序的开发,首先采用平面应变单元、二维梁单元和二维桁架单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,对福州市一典型软土基坑工程按实际分步开挖和支护过程进行了二维数值模拟"目标试验"。模拟过程中土体分别采用了K0固结和正常固结试样的邓肯-张模型及莫尔-库仑理想弹塑性模型,将各模型预测值与现场实际监测结果和现行规范建议的m法设计计算结果进行了比较。结果表明:以K0固结试样CU试验得到的邓肯-张模型参数进行总应力分析的预测结果与实测结果最为接近。其次,由K0固结试样CD试验得到的邓肯-张模型参数,采用渗流和变形耦合的有效应力分析有限元法,探讨了稳定渗流作用下基坑工程的数值模拟方法,揭示了基坑施工过程中总孔隙水压力和超静孔隙水压力的变化规律,供工程实践参考。

考虑软土K_0固结的沉管隧道长期沉降分析

研究目的:软土地区沉管隧道运营中会出现不同程度的差异沉降,差异沉降量过大造成管段开裂、渗漏等严重问题,将威胁沉管隧道的运营安全。沉管隧道沉降本质上是由隧道施工扰动引起水下原状土体性质改变及在多重荷载作用下土体变形具有显著的时空特性引起的,因此需准确量化沉管隧道长期不均匀沉降受时空特性的影响及发展规律。研究结论:(1)外环沉管隧道沉降速率已保持约0.001 5 mm/d,沉降趋于收敛稳态;(2)沉管隧道顶部回淤厚度越深,沉降量发展越大,运营期间必须及时清淤;(3)基础层的空隙水压力消散引起沉管隧道运营期沉降值增加,采用合理的基础处理方法有利于减小运营期沉降;(4)本研究成果可为考虑时空特性的软土地基问题提供理论基础,并为优化沉管隧道设计及保障隧道运管安全提供依据。

基于k0固结条件的淤泥土排水蠕变特性试验研究

通过k_0固结蠕变试验探讨饱和淤泥土在轴向加载和侧向减载条件下的蠕变特性。由试验数据知:排水条件下,两种应力路径的轴向蠕变规律基本一致,体积应变明显小于轴向应变,且随时间的延长呈现一定程度的剪缩与剪胀交替性。Merchant和Burgers蠕变模型对淤泥土都有较好拟合精度。二者的蠕变参数E_K、η_K、η_M均呈现随应力水平的增大而减小的变化规律,E_M随应力水平的变化则较为平稳,无明显增大或减小趋势,说明淤泥土的蠕变变形受黏弹模量影响较小,受土体黏滞系数及弹性模量影响较大。

K_0固结状态下土样的一种制备方法及其确定

为了获得K_0固结状态下的土样并测试其K_0值,利用模型槽测试系统制备了重塑K_0固结状态土样,以模型槽内固结土样为例,对其天然密度、含水率、重度等物理指标进行了测试分析,并采用经验公式法、K_0固结仪、三维土压力盒原位测试三种方法分别测试了土的静止侧压力系数K_0。结果表明,通过原位测试测得的K_0系数比较准确,其他两种方法均对土体有扰动而引起误差。另外,三维土压力盒测得的两个水平方向上的应力并不完全相同,由此表明两个水平方向尺寸对K_0值存在影响。

K_0状态超固结软黏土蠕变性状的试验和理论研究

为了研究软黏土K_0应力状态下土体的蠕变规律,对湖州软黏土进行了K_0状态下三轴蠕变试验,从竖向应变和剪切应变2方面对试验结果进行分析,在竖向应变分析中,采用"陈氏法"对试验结果进行处理,得到了超固结比对次固结系数的影响规律;在剪切应变分析中,采用Hu-Xie一维剪切蠕变等效时间模型对试验数据进行了归纳。研究结果表明:超固结软黏土竖向应变的次固结系数随超固结比的增大呈指数型减小,超载预压法能有效减小工后次固结沉降; Hu-Xie模型在超固结土的剪切应变计算中具有较好的适用性。

K_(0)固结饱和黏土中打桩对邻近桩影响分析

动力打桩过程可能会引起既有桩基产生较大位移,进而影响建筑物安全稳定。本文在K;固结各向异性本构模型的基础上,推导了桩周土体破坏区和塑性区的半径计算方法,建立了打桩引起周围土体应力和超孔压的理论计算公式。在此基础上,以最小能量原理为理论依据,将超孔压视为外荷载,提出了其在向周围土层的传递方式,并在半无限空间体内推导了其对周围土体径向应力的影响,并结合天津典型软土对研究成果进行了分析。研究结果表明:建立的柱孔口扩张弹塑性理论计算结果与既有方法基本一致,超孔压在塑性区沿径向衰减速度明显较大;当桩间距较小时,打桩会使邻近已打设刚性桩产生较大水平位移。

K_0固结预处理的不固结不排水三轴试验研究

该文主要进行了不固结不排水三轴试验 (uu试验 )和K0 固结预处理的不固结不排水三轴试验 (K0 uu试验 )的试验研究。对K0 uu试验的应力应变关系曲线进行了归一化分析 ,在此基础上 ,建立了考虑K0 uu试验的非线性弹性本构模型。