K_(0)固结珊瑚砂的应力-应变模型及变形参数研究

珊瑚砂作为岛礁吹填地基的填料,在填筑期的应力路径具有K_(0)固结的特点。利用三轴试验系统对不同初始相对密度的珊瑚砂进行了一系列的K_(0)固结试验,研究了珊瑚砂的应力–应变特性,测试了珊瑚砂的K_(0)系数和颗粒破碎率。基于广义虎克定律,建立了幂函数形式的非线性弹性模型来描述K_(0)固结珊瑚砂的应力–应变关系,提出了变形参数的函数表达式,并将模型计算结果与试验曲线进行了对比。结果表明:K_(0)固结珊瑚砂的应力-应变关系可用幂函数表示。随着轴向有效应力的增加,K_(0)减小,颗粒破碎率增大。在相同的轴向有效应力条件下,珊瑚砂的初始相对密度越小,K_(0)越大,颗粒破碎率越高。在K_(0)状态下,随着轴向有效应力的增加,珊瑚砂的切线模量增加,切线泊松比减小。珊瑚砂的初始相对密度越大,相同轴向有效应力下的切线模量越大,切线泊松比越小。幂函数模型合理地预测了一定应力范围内K_(0)固结珊瑚砂的应力–应变关系,模型及变形参数反映了K_(0)固结的应力路径对应力–应变关系的影响。

k_(0)固结与等向固结三轴不排水抗剪强度研究

为研究不同固结方式下土体不排水抗剪强度的差异,基于应力控制式三轴仪对饱和细粒土进行了k_(0)固结和等向固结三轴不排水压缩试验,结果表明:k_(0)固结三轴不排水抗剪强度为等向固结不排水强度的0.87倍,后者高估了土体实际强度,实际应用中可在比对试验基础上,通过等向固结三轴试验结果换算k_(0)固结不排水抗剪强度;等向固结、k_(0)固结三轴不排水标准强度随塑性指数增大呈减小趋势,分布于0.27~1.15之间。标准强度随着超固结比的增大而增大,正常固结或接近正常固结的黏土,其标准强度介于0.27~0.47之间,OCR大于2.2的超固结黏土,其标准强度大于0.50。

考虑围压影响的湖相软黏土K_(0)固结经验蠕变模型

利用GDS三轴试验系统,对洞庭湖结构性软土进行K;固结下的三轴排水蠕变试验,分析洞庭湖软土的蠕变特征,基于试验结果建立适用于描述洞庭湖区软土蠕变特性的经验模型。研究结果表明,洞庭湖软黏土具有非线性蠕变特征,应力-应变关系为双曲线函数关系,Singh-Mitchell模型适用于描述K;固结下洞庭湖区软土蠕变特性,发现模型中的归一化双曲线拟合参数与围压呈线性递增关系,在此基础上建立了考虑围压影响和固结状态的5参数修正Singh-Mitchell模型,模型适用范围广,能更好地描述湖相软黏土的蠕变特性。

晋中马兰黄土的K_(0)固结特性

静止土压力系数K_(0)描述土体的原位应力状态,是许多工程计算的重要参数。本文通过等应变速率K_(0)固结试验,研究原状和重塑马兰黄土的K_(0)变化规律,并探讨这种变化与内部结构的关系。结果表明:(1)原状和重塑马兰黄土的K_(0)均不是恒定值,根据土体结构的变化,其固结过程可分为初始阶段和稳定阶段。初始阶段K_(0)(以K_(0i)表示)随含水率的增加呈线性增长,稳定阶段K_(0)(以K_(0s)表示)随含水率的增加呈双曲线增长,且K_(0s)始终大于K_(0i)。(2)原状马兰黄土的K_(0i)小于重塑马兰黄土,原因在于原状马兰黄土具有很强的簇聚结构,这种竖向结构弱化了水平应力的增长;而重塑马兰黄土趋于均质,呈各向同性,进而导致较高的K_(0i)。(3)稳定阶段,原状马兰黄土的初始结构被破坏,与重塑马兰黄土近似,使得两者的K_(0s)相近。(4)相较于其他类土,原状马兰黄土的K_(0s)始终呈现较小值(饱和原状马兰黄土的K_(0s)基本稳定在0.45左右,而其他类土可高达0.8)。通过对不同K_(0)下的边坡进行数值模拟,发现低K_(0)土体更易于在坡顶区域形成近直立的深长拉张裂隙,这也是典型黄土地貌(如黄土墙、黄土柱)形成的重要原因之一。

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。

粗粒土K_(0)固结与等压固结三轴试验比较

对茨哈峡坝覆盖层砂卵石料进行了同一密度试样中型三轴试验,试验包括常规各向等压固结的三轴排水剪切试验(CID试验)和各向不等压固结的三轴排水剪切试验(CK_(0)D试验),探讨了两种三轴试验在强度特性以及应力应变特性中的差异.结果表明,两种三轴试验得到的应力应变曲线总体上规律比较相似;与CID试验相比,CK_(0)D试验得到的偏应力峰值更大,CK_(0)D试验的偏应力峰值平均比CID试验的偏应力峰值大5.4%;CK_(0)D试验的剪胀性比CID试验的剪胀性更加明显,CK_(0)D试验的内摩擦角值平均比CID试验的内摩擦角值大0.48°;CK_(0)D试验的初始切线模量Ei与切线体积模量Bt均比CID试验的大;同时总结出了破坏摩擦角与相变摩擦角的差值与围压关系的公式,也通过相关文献验证了此公式的合理性,这对研究反映剪胀性的本构模型具有一定的参考价值.总的来说,对于本文所用的试验材料而言,两种三轴试验的试验结果差异较小.

基于统一硬化参量的海洋K_(0)固结土动力本构模型

为方便海洋工程中桩土相互作用计算,根据海洋K_(0)固结土体特性,对现有相关土体本构模型进行简化。在修正剑桥模型的基础上,基于热力学理论,选用耗散功作为硬化参量,结合原状土体的固结属性,推导了适用于黏土与砂土的统一硬化模型。在此基础上,通过采用旋转硬化与等向硬化相结合的硬化理论来表征K_(0)固结土在循环荷载作用下的硬化规律,同时引入屈服面收缩参数Θ来描述循环荷载加载过程中土体屈服面的演化特性,进而建立了循环荷载下海洋K_(0)固结土体统一硬化模型。为验证本文提出的本构模型的合理性,开展了2个案例的对比研究,研究结果表明:新提出的统一硬化模型的计算值与实测值吻合,选用的计算参数少且物理意义明确。

露天矿排土场土石混合体K_(0)系数试验研究

松散土石混合体在排土场内进行着有侧限的固结,重塑,其静止侧压力系数K_(0)是影响固结过程及力学特征的重要参数。通过常规固结仪分级加载固结试验和GDS连续加载固结试验,对原材料取自哈尔乌素露天矿排土场的土石混合体重塑试样进行K_(0)固结试验,研究了不同初期固结压力(模拟排土场不同埋深)下重塑土石混合材料K_(0)系数变化规律。结果表明:重塑土石混合材料具有较强的结构特性,初期固结压力越大其结构性越明显;低初期固结压力试样正常固结段经验值与试验K_(0)值基本吻合,约为0.44~0.45,高初期固结压力试样正常固结段经验值高于实验值;超固结阶段,土体经验公式计算值均高于实测值,随固结压力的增大二者差值逐渐减小。

固结条件对海岸带花岗岩风化土强度指标的影响

对等向固结和K_(0)固结后的不同花岗岩风化土试样进行了不排水剪切试验,研究了固结条件对花岗岩风化土应力应变关系和强度指标的影响。研究结果表明:花岗岩风化土的应力应变关系曲线在等向固结不排水剪切试验中呈应变硬化型,在K_(0)固结不排水剪切试验中主要为应变软化型;固结方法对花岗岩风化土的不排水强度存在一定的影响,在不同的围压下,经过K_(0)固结后试样的最大主应力差值均大于等向固结试样;不同固结方法对不排水试验得出的强度指标也有一定的影响,K_(0)固结后花岗岩风化土试样的黏聚力和内摩擦角都大于等向固结后的试样。研究成果对工程设计有重要参考意义。

K_(0)固结结构性黄土的各向异性本构模型

受结构性和初始应力各向异性的影响,原状黄土的力学及变形特征尤为复杂,深入研究原状黄土的本构关系在理论及实际工程应用方面都具有重要意义。在修正剑桥模型的基础上,分析了原状黄土在水、力条件下的结构演化规律,提出了考虑水、力影响的结构性黄土体变方程,通过引入相对应力比和相对临界状态应力比的概念,使模型能够合理描述原状黄土的初始各向异性。进一步采用相关流动法则推导出可同时反映原状黄土结构性和初始应力各向异性的本构模型。当不考虑结构性及初始应力各向异性影响时,模型可退化为修正剑桥模型。通过与已有原状黄土三轴试验结果与模型预测结果的对比可知本文模型能较为合理地描述原状黄土的强度及变形特征。

侧向卸荷条件下上海灰色黏性土的三轴试验研究

通过K_(0)固结条件下GDS常规三轴和侧向卸荷三轴试验分析了应力路径对上海地区⑤_(1)层灰色粘性土的强度与变形特性影响。试验结果表明不同围压条件下侧向卸荷三轴试验有效应力路径基本呈倒“L”形,而常规三轴试验则呈“S”形。侧向卸荷三轴试验的负孔压数值随围压减小而单调增加,其最终值与围压大小正相关;侧向卸荷三轴压缩试验应力应变关系与常规三轴压缩试验有较多相似,其峰值强度都随体积应力的增加而提高,但破坏时应变值明显较常规压缩试验偏低。归一化土体模量与应力水平呈幂次关系,其幂指数m值与《上海市基坑工程技术标准》中对浅层土建议值基本相同。

泥炭质土在不同卸荷路径下的力学特性研究

对大量基坑工程实测资料分析发现,基坑周边的土体及支护结构的变形与设计值存在较大差异,特别是在饱和泥炭质土场地上差异更大,其原因在于基坑支护设计参数取值时一般都没考虑基坑开挖卸荷影响,造成了设计不合理.为研究卸荷过程中力学指标的变化,选取昆明地区广泛分布的泥炭质土,采用应力控制式三轴仪模拟基坑开挖下基坑侧壁、坑角及坑底的卸荷路径,通过侧向、轴向、轴侧向同时卸荷的固结不排水试验,对比分析其应力应变曲线、孔隙水压力和抗剪强度变化特征.试验结果表明:各应力路径下泥炭质土力学参数有明显差异.对于泥炭质土,在低围压下CU试验的强度大于K_(0)固结试验的强度,随围压增加两者强度差值减小;不同卸荷路径后土体的力学性质发生改变,且各应力路径下变化情况不一;侧向卸荷土体由于围压减小和产生剪应力的方式不同,在曲线形态、莫尔圆发展方向、孔压发展、孔隙压力系数A_(f)与加荷试验上有显著差异.通过以上研究以期进一步加深对泥炭质土基坑开挖中各部位土体力学性质的认识,通过理论分析可对工程设计及施工进行指导.

重塑膨胀土膨胀后侧压力的试验研究

膨胀土膨胀后产生的侧压力是设计膨胀土挡墙的重要参数,为探究膨胀土膨胀后侧压力的简便测量方法,以及增湿含水率、压实后残余侧压力、干~湿循环等因素对膨胀土膨胀后侧压力的影响,对K_(0)固结仪进行改进,并以中膨胀性重塑土为试验对象进行研究。试验结果表明,用K_(0)固结仪测量膨胀后侧压力是可行的,增湿含水率对膨胀后侧压力影响较大,干~湿循环、压实引起的残余侧压力不会对膨胀后的侧压力造成明显影响。