考虑指数渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析

为深入探究饱和黏土地区砂井地基的固结机制,在Barron自由应变假定下,引入考虑时间效应的统一硬化(unified hardening,UH)模型描述土骨架的变形非线性关系,同时引入指数渗流方程代替Darcy定律,并考虑渗透系数变化及涂抹效应的影响,研究了土体非线性、施工扰动及外载荷等因素对砂井地基非线性固结过程的影响规律。结果表明:由于土体的黏滞效应,在加载前期,砂井地基不排水边界附近孔压出现升高现象,且考虑非Darcy渗流时上述现象更加明显,砂井地基固结速率也愈加缓慢。此外,涂抹区渗透系数的减小显著降低了砂井地基整体孔压消散速率,而外载荷的增大却加快了地基的固结进程。

不同主应力方向下各向异性砂土力学响应的本构模型模拟

地下水位上升可能引发饱和松散土体边坡有效球应力降低从而诱发稳定性问题。等剪应力排水路径能够模拟饱和砂土边坡内土体单元在潜水面上升时的应力条件,但目前各向异性对于这种应力路径下土的响应的影响仍不明确。采用一个各向异性砂土弹塑性本构模型对不同主应力方向下的定轴等剪应力排水试验进行模拟,分析各向异性影响规律。该本构模型考虑了组构各向异性的演化及其对塑性模量和剪胀的影响,能够反映不同主应力方向对土体力学响应的影响。模拟结果表明,该模型能够较好地模拟不同主应力方向下饱和砂土在定轴不排水剪切和定轴等剪应力不排水条件下的响应。对于定轴等剪应力不排水应力路径,非稳定态时的平均有效应力随孔隙比和加载角度的增加而增加,不同初始组构强度对于等剪应力排水试验的结果有显著的影响。

煤矿疏干水净化过程中滤料板结原因分析与解决方案

针对煤矿疏干水净化过程中V型滤池滤料板结问题,通过对石英砂滤料表观分析、酸溶解板结物试验及离子组分分析,确定板结物(可溶于盐酸部分)质量占比平均值为7.27%,滤料板结物主要成分为碳酸氢钙,同时含少量硫酸钙、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁等无机物;板结主要成因为水中碳酸氢根、碳酸根、pH的波动(升高);提出板结滤料清洗措施以及日常运维减缓滤料板结的措施,为解决疏干水处理滤料板结难题提供了参考。

引流砂装入量对自引率及钢水洁净度的影响

针对钢包引流砂存在自引率不稳定、铬质引流砂使用中恶化钢水质量、价格高等现状,采取一系列改进措施。通过加强引流砂管理、完善装入标准、采用两段式引流方法、对灌装模式进行优化等措施,在保持原有自引率水平不降低的情况下,钢包引流砂对钢水的总氧污染降低66.24%,铝损降低18.75%。

MICP复合材料固化软土一维固结试验及机理研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术广泛应用于土体改良,其生态友好特性符合当今环境保护和可持续发展理念。然而由于软土的特殊工程性质,MICP加固软土的研究鲜有报道。文章研究了微生物—砂井与微生物—生物炭两种复合材料加固软土的一维固结压缩试验,实验方法分别采用微生物—砂井联合真空排水法和微生物—生物炭直接拌合法,探究了砂井数量、生物炭掺量对加固效果的影响,基于扫描电子显微镜(SEM)测试与XRD衍射试验,获得了固化软土的微观结构特征。结果表明:经MICP作用后的软土孔隙比随砂井数量和生物炭掺量的增加显著降低,当生物炭掺量在一定范围(8%左右)内能够减小压缩系数,增大压缩模量。碳酸钙含量测定结果显示碳酸钙生成量随深度增加逐渐减少,分布具有不均匀性。微观测试表明:两种实验方法处理后的软土中均出现大量碳酸钙聚集体且填充于颗粒接触处,碳酸钙晶体类型主要为球霰石。

不同循环应力路径下饱和珊瑚砂体应变的发展特征

地震、波浪引起排水或部分排水状态的饱和砂类土体应变的累积,会导致地表、海床和附近结构物的显著破坏,且饱和砂土排水循环加载的体应变增长与不排水循环加载的孔压增长存在定量的对应关系。通过对饱和珊瑚砂开展系列均等固结条件下排水循环剪切试验,探讨了初始相对密度Dr、循环应力路径及应力水平(CSR)对饱和珊瑚砂体应变发展特征的影响。试验结果表明,同一Dr和CSR下,残余体应变εvd,ir随短长轴比和在0°~90°时的椭圆倾角存在单调增长关系。不同Dr、循环应力路径和CSR下饱和珊瑚砂εvd,ir随循环次数N的发展曲线具有统一性,提出了两者的显式关系式。饱和珊瑚砂残余体应变极值(εvd,ir)u与εvd,ir-N关系曲线的收敛速度与Dr、循环应力路径和应力水平密切相关。引入单元体循环应力比USR来表征不同循环应力路径和CSR下饱和珊瑚砂的εvd,ir,发现同一Dr下,(εvd,ir)u与USR存在正相关线性关系,εvd,ir-N曲线的收敛参数CN1与USR存在正相关线性关系,CN2与USR存在负幂函数关系,即USR越大,εvd,ir-N曲线收敛越慢。相同USR下,(εvd,ir)u随Dr的增加而减小,εvd,ir-N曲线收敛速度随Dr的增加而变快。该研究提出的体应变模型为排水循环加载条件下残余体应变的发展机理提供了新的认识。

平面应变有限元分析中砂井的处理方法

为了能用平面应变有限元来分析砂井地基，本文首先推导出了砂墙地基（砂井地基在平面应变条件下的表现形式）双向渗流等应变固结理论解，然后将此解与巴隆轴对称固结理论解相比较，得到砂井地基平面应变情况和轴对称情况之间的等效公式．此公式即考虑了地基水平变形，也考虑了砂井的涂抹作用．这种等效方法能方便、准确地用于砂井地基的平面应变有限元分析之中．

堆载–电渗联合作用下的耦合固结理论

该理论考虑了水流和电流的相互作用以及地基中孔隙水压力的发展过程,利用等应变等考虑堆载–电渗联合作用的假设建立了轴对称模型的耦合固结方程,并给出了地基中平均孔压和径向固结度的解析解和工程中常用的电极梅花形排布向轴对称排布转化的方法。最后通过参数分析,研究了电源电压和土体的水力渗透系数对平均孔压消散和径向固结度的影响。结果表明:对于堆载–电渗联合作用而言,电源电压越大越好,电渗渗透系数和水力渗透系数比值合适的范围是102～103。

深厚软土未打穿砂井超载预压地基孔隙水压力消散规律分析

针对深厚软土未打穿砂井地基 ,考虑了井阻、涂抹及土体结构损伤破坏对固结的影响 ,将砂井区三维固结向一维固结等效转化的计算方法作了改进 ;给出了单面排水多级等速加、卸载条件下双层地基的超静孔隙水压力计算公式 ;将砂井区连同下卧层连在一起作为双层地基 ,分析了某机场跑道砂井超载预压地基的孔隙水压力消散规律。

真空—堆载联合预压加固软基简化计算方法

在深入了解真空预压机理和砂井地基固结理论的基础上 ,根据固结度等效的原则 ,推导了与单井固结理论等效的成层均质地基等效渗透系数 ,从而将复杂砂井地基转化为无砂井成层地基 ,以达到简化计算的目的 ,并结合真空—堆载联合预压的加固特点 ,提出一种简化的真空—堆载联合预压法的有限元计算方法 ,并结合工程实例对简化方法的可靠性进行了研究 ,通过与实测资料和常规砂井地基有限元计算值对比 ,表明该简化方法具有较高的准确性 ,可方便地应用于工程设计和实践。

考虑涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结解

针对砂井打设对井周土产生的不同程度扰动,推导基于等应变假设的考虑水平渗透系数沿径向变化的固结控制方程,得到一般解.根据实际工程中可能出现的情况建立5种渗透系数变化模式,在一般解的基础上得到了相应固结解,在现有等应变条件下的砂井地基固结解是本文解特例.计算分析表明,涂抹区渗透系数变化及具体变化模式对砂井地基固结性状均有重要的影响,在相同的可比条件下,模式2对应的固结最快,模式4对应的固结最慢.

真空预压条件下的砂井地基Hansbo固结解

结合真空预压时的实际边界条件,引入负压沿砂井的线性衰减分布模式,将Hansbo砂井地基径向固结理论推广到真空预压(负压)情况,并与现有的董志良解及Indraratna解进行比较,以验证其正确性。结果表明,3种解析解得到的任意时刻径向固结度Ur的关系为:本文解>董志良解>Indraratna解。当时间因素Th≤0.5时,三者间相对误差较大,但绝对误差很小,随着时间的增长(Th>0.5),误差逐渐减小。本文解较Indraratna解更接近较为严密的董志良解,且本文解形式简单,利于工程推广应用。当不考虑井阻作用时,3种解析解均可简化为负压条件下的无井阻固结Hansbo解。

考虑涂抹作用的未打穿砂井地基固结理论分析

在等应变假设和瞬时加载条件下,研究单面和双面排水情况下未打穿砂井地基的固结问题。通过设置虚拟砂井的方法考虑未打穿土层的径竖向组合渗流;同时,为考虑施工对土体的扰动随离砂井的距离增大而逐渐减小的事实,引入一个函数,将土体水平渗透系数统一表达,并在假设的3种模式下(涂抹区水平渗透系数不变、呈线性变化和呈抛物线变化),得到未打穿砂井地基固结解析解。编制计算程序,详细阐述编程过程中要注意的几个问题,对未打穿砂井地基的固结性状进行分析。结果表明,考虑涂抹区水平渗透系数呈抛物线变化时地基固结最快,呈线性变化时次之,不变时最慢;施工扰动范围、程度越大,固结越慢;砂井打入深度越深,固结越快;砂井渗透系数越大,固结越快。

排水固结法加固软基变形简化计算分析

插板和砂井堆载预压是处理软基有效方法之一,现有的沉降变形计算方法大部分采用轴对称理论的解析解和以太 沙基或比奥固结理论为基础的数值解,仍较为复杂。根据软基排水固结机理,采用固结度等效原理,对渗透系数进行调整,把 砂井(插板)地基简化为均质成层地基。运用有限元对某软土路基处理工程进行简化计算,并和监测结果进行对比分析,对简 化计算方法进行验证。发现具有较好的准确性,为实际软基处理工程的沉降变形分析提供了一种简单实用的方法。

砂井地基有限元计算的等效平面应变算法

以Barron理论为基础推导了相应的砂井平面应变等效变换公式 ,该公式能同时考虑井阻和涂抹效应。使用一维渗流单元模拟细长砂井 ,可以减少有限元网格中的单元和节点数。通过算例比较理论解、平面应变和轴对称情况下的有限元数值解 ,验证了等效变换公式的有效性和可靠性。

砂井地基固结概率特性的近似分析方法

利用蒙特卡罗模拟方法计算砂井地基固结度概率特征值。通过正交试验研究不确定性参数变异性对砂井地基固结概率特性的影响。研究了砂井地基固结概率分析的近似方法 ,并探讨了近似方法的精度。推导了砂井地基固结度期望值和方差的计算公式。研究表明 ,砂井地基固结度的概率特性对水平固结系数的不确定性最为敏感。提出了只考虑水平固结系数不确定性的砂井地基固结概率特性的近似分析方法。误差研究进一步证明了近似方法的实用性。砂井地基固结概率设计方法用设计系数将概率设计与常规设计联系起来。

底部抽真空预压法砂井地基固结解析解

基于谢康和等应变条件砂井地基固结理论和Hansbo砂井固结理论,考虑底部抽真空预压法加固方法中真空作用面位于固结土层底部的实际边界条件,推导出忽略竖向渗流情况下的底部真空预压加固地基固结方程解析解答。根据超孔压固结方程形成过程以及其解析解表达式,分析其与一般负压径向固结解答的区别。通过室内模型试验实测数据与解析模型计算结果的对比表明,不同位置处孔压和固结度计算值与实测结果吻合较好,从而验证了该模型的合理性,同时运用该模型也可有效验证已有关于底部抽真空室内模拟及现场原位试验结果。底部抽真空轴对称固结解析解可为底部抽真空技术的实际工程应用提供基础性的理论支持,推动底部抽真空技术的大规模推广应用。

初始孔压非均布条件下涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结解

考虑初始孔压非均布条件和涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结问题,推导了基于等应变假设的固结控制方程,得到一般解。然后根据实际工程中可能出现的情况建立了5种渗透系数变化模式,同时考虑初始孔压非均布条件的4种分布,在一般解基础上得到这20个问题相应的固结解,现有等应变条件下的砂井地基固结解是本文的特例。通过计算研究这两种因素共同作用下砂井地基固结性状的情况,结果表明:固结最快的是初始孔压为倒三角形分布、涂抹区渗透系数变化为模式2的情况;固结最慢的是初始孔压为正三角形分布、涂抹区渗透系数变化为模式4的情况。

起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响

针对粘土中孔隙水渗流存在起始水力梯度的现象,将考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程引入传统的砂井固结理论对其进行修正,并给出了真空预压下砂井地基固结近似解。探讨起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响,包括渗流前锋面的运动规律、孔隙水压力的分布变化规律和平均固结度的变化规律。结果表明,由于存在起始水力梯度,会延缓真空压力的传播,进而影响孔隙水的渗流和整个土层的固结速度。起始水力梯度越大,滞后现象越明显。此外,起始水力梯度的存在将使平均孔隙水压力逐渐趋于某一稳定值,但无法达到真空压力,所以最终平均固结度将小于100%,且其值随起始水力梯度的增大而减小。

砂井地基固结的三维有限元模型及应用

一维和二维的数值方法对刻画砂井地基的固结都不够准确和全面,但砂井密集地基的完全三维耦合模拟难度比较大。在对称性原理和Biot固结理论基础上,对三维渗流-二维变形的有限单元方法(PDSS法)进行了改进,给出了砂井地基经济合理的三维剖分方案,使PDSS模型能够直接刻画正三角形布局的砂井。砂井重新布置到节点上而非处理成单元,原模型计算中砂井附近径向流的偏离也得到修正。改进的PDSS模型还与反求参数的方法相结合,用于真空联合堆载预压下砂井路基固结变形的工程模拟。