Optimizing the evolution of strength for lime-stabilized rammed soil

In the present study,unconfined compressive strength(qu)values of two lime-treated soils(soil 1 and 2)with curing times of 28 d,90 d and 360 d were optimized.The influence of void/lime ratio was represented by the porosity/volumetric lime content ratio(η/Liv)as the main parameter.η/Liv represents the volume of void influenced by compaction effort and lime volume.The evolution of qu was analyzed for each soil using the coefficient of determination as the optimization parameter.Aiming at providing adjustments to the mechanical resistance values,the η/Liv parameter was modified to η/LivC using the adjustment exponent C(to make qu-η/Liv variation rates compatible).The results show that with the decrease of η/LivC.qu increases potentially and the optimized values of C were 0.14-0.18.The mechanical resistance data show similar trends between qu and η/LivC for the studied silty soil-ground lime mixtures,which were cured at ambient temperature(23±2)℃ with different curing times of 28-360 d.Finally,optimized equations were presented using the normalized strengths and the proposed optimization model,which show 6% error and 95% acceptability on average.

Soil-water characteristics of Gaomiaozi bentonite by vapour equilibrium technique

Soil-water characteristics of Gaomiaozi(GMZ)Ca-bentonite at high suctions(3–287MPa)are measured by vapour equilibrium technique.The soil-water retention curve(SWRC)of samples with the same initial compaction states is obtained in drying and wetting process.At high suctions,the hysteresis behaviour is not obvious in relationship between water content and suction,while the opposite holds between degree of saturation and suction.The suction variation can change its water retention behaviour and void ratio.Moreover,changes of void ratio can bring about changes in degree of saturation.Therefore,the total change in degree of saturation includes changes caused by suction and that by void ratio.In the space of degree of saturation and suction,the SWRC at constant void ratio shifts to the direction of higher suctions with decreasing void ratio.However,the relationship between water content and suction is less affected by changes of void ratio.The degree of saturation decreases approximately linearly with increasing void ratio at a constant suction.Moreover,the slope of the line decreases with increasing suction and they show an approximately linear relationship in semi-logarithmical scale.From this linear relationship,the variation of degree of saturation caused by the change in void ratio can be obtained.Correspondingly,SWRC at a constant void ratio can be determined from SWRC at different void ratios.

Numerical Study of the Interaction between a Reinforced Concrete Pile and Soil

This paper proposes a numerical simulation of the mechanical behavior of a reinforced concrete pile foundation under an axial load. In fact, the foundation of a structure represents the essential structural part of it, because it ensures its bearing capacity. Among the types of foundation, deep foundation is the one for which from a mechanical point of view, the justification takes into account the isolated or combined effects of base resistance offered by the soil bed and lateral friction at the soil-pile interface;the latter being the consequence of a large contact surface with the surrounding soil;hence the need to study the interaction between the soil and the pile in service, in order to highlight the characteristics of soil which influence the mechanical behavior of pile and therefore the stability of the structure. In this study, the reinforced concrete pile is supposed to be elastic, and characterized by a young’s modulus (E) and a Poisson’s ratio (ν). The soil obeys to a Camclay model characterized by a cohesion (c), an initial voids ratio (e0), shearing resistance angle (φ) and a pre-consolidation pressure (P0). A joint model with a Mohr Coulomb behavior characterizes the soil-pile interface. The loading is carrying out by imposing a vertical monotonic displacement at the head of pile. The results in terms of stress and displacement show that the bearing capacity of the pile is influenced by various soils characteristics, it appears that the vertical stress and the force mobilized at rupture increase when the initial pre_consolidation pressure, the cohesion and the internal friction angle of soil increase;and when the initial soil voids index decreases.

运营地铁盾构隧道基底沉降的影响因素分析

隧道基底沉降不仅影响地铁列车的正常运行和乘客的舒适性,严重时会造成隧道结构病害,目前的研究主要集中在长期沉降预测和单因素影响分析,非常有必要开展隧道基底沉降的多影响因素分析。以郑州地铁1号线某盾构隧道区间为工程实例,构建三维有限元数值模型,采用人工激振力模拟地铁列车竖向荷载,提取数值模拟结果的动应力和静偏应力数据,引入循环荷载作用下累积塑性应变计算公式,采用分层总和法计算得到隧道基底沉降,研究了隧道周围土层性质、道床脱空深度和地铁列车运行速度等因素对隧道基底沉降的影响,研究结果表明:数值模拟的隧道基底沉降和发展规律与现场实测结果具有较高的吻合度,验证了有限元模拟的准确性;隧道基底沉降随着周围土层砂粒含量的提高而减小;道床脱空尺寸会加剧隧道和道床板中应力集中和振动放大现象,增大隧道下卧土层的动偏应力和基底沉降;提高车速会增大基底沉降的横向影响范围;采用正交试验法、极差分析法和方差分析法得到了隧道沉降对各因素的敏感性,从大到小依次为:土层性质、车速和道床脱空,其中,土层性质为高度显著水平、车速为显著水平。研究成果对运营地铁盾构隧道的变形监测、安全评估和加固处理具有一定的参考价值。

地铁车站下水平冻结过程中冻胀的热−水−力耦合模型研究

随着地下空间大规模开发利用,人工冻结法在隧道下穿上覆结构工程中得到广泛应用,但上覆结构对冻胀变形控制要求也越来越高,而上覆既有结构与冻结法工艺的相互作用规律尚不明晰。为此,提出多物理场耦合冻胀变形计算方法。依托上海地铁18号线国权路站下穿既有10号线上部运营车站的盾构隧道工程,以上海第⑤_(1)层灰色黏土为对象,研究新建隧道冻结法施工对上部运营车站主要结构的扰动作用。以孔隙比、冻结温度和平均水压力为耦合变量,考虑水分迁移,推导冻胀变形公式,改进热−水−力耦合的冻胀计算模型。基于黏性土的冻胀试验,获得冻胀试样的应力−应变关系,描述黏性土孔隙结构的变化规律。利用软件COMSOL Multiphysics的弱形式模块,开展热−水−力三场耦合数值模拟。结果表明:模拟结果与监测数据具有较高的拟合度,并小于预定的控制值,验证了耦合理论的正确性。研究成果可为类似冻结下穿隧道工程,提供一种多物理场耦合作用的上覆结构变形计算方法;为下穿隧道工程冻结法设计及施工提供有效的计算参数;为制定下穿隧道工程冻结法加固施工的安全控制指标,提供科学依据。

长江漫滩相超固结软土最大动剪切模量试验研究

为探究长江漫滩相超固结软土最大动剪切模量G_(max)变化特征,利用弯曲元对原状长江漫滩相软土开展了系列试验研究,探讨了不同超固结比H_(OCR)、初始有效固结围压σ'_(3c)及孔隙比e对漫滩相软土G_(max)的影响规律。试验结果表明,当σ'_(3c)和H_(OCR)均相同时,G_(max)随e的增大而减小;H_(OCR)的增大会导致G_(max)随e的衰减速度逐渐降低,而σ'_(3c)的增大不会引起G_(max)衰减速度的变化。孔隙归准化最大剪切模量G_(max)/F(e)随归准化初始有效围压σ'_(c0)/Pa的增大而增加,但其增长速率逐渐降低,G_(max)/F(e)与σ'_(3c)/Pa呈幂函数关系。基于回归分析,提出了合理表征具有不同超固结状态、初始应力条件及密实程度的长江漫滩相软土G_(max)预测方法,并通过独立试验验证了该方法的有效性。

隧道下穿诱发既有管道-土体非协调变形解析研究

为分析隧道下穿既有管道施工时既有管道底部脱空对其挠曲响应的影响,提出隧道下穿施工诱发既有管道-土体非协调变形理论模型及其解析解.首先,将既有管道视为无拉力Pasternak地基上的Euler梁,根据管道与底部土体的接触状态,建立下穿施工引起既有管道-土体非协调变形控制方程,并推导出既有管道挠曲计算式;然后,采用提出的理论方法,探讨了既有管道脱空区上部竖向土压力、抗弯刚度及其所处位置地层沉降槽宽度和最大值等参数对其底部脱空区长度的影响;最后,提出下穿施工引起既有管道底部脱空区长度的参数归一化经验计算式,进一步简化新建隧道下穿施工引起既有管道挠曲的计算方法.研究结果表明:既有管道底部脱空区长度与2个归一化参数(既有管道抗弯刚度与地基刚度比、既有管道脱空区上部竖向土压力与地层自由沉降槽最大值比)呈较好的相关性,其拟合公式计算值与理论数据的相关系数接近于1.

盾构掘进引起砂土沉降及管道脱空模型试验研究

为系统研究盾构隧道开挖引起的土与管线相互作用问题,揭示盾构掘进过程中地层位移的复杂性及管土界面接触状态变化规律,采用缩尺物理模型试验方法,制作可监测管线沉降、管底脱空和管底土压的模型管线,通过拔管的方式来模拟盾构隧道掘进过程,依次开展盾构掘进引起砂土深层沉降试验、管线响应与管土脱空试验。试验结果表明:1)盾构隧道开挖引起的深层土体沉降仍符合高斯分布,沉降槽宽度参数与地层损失率均随地层埋深呈现非线性变化。2)试验证实了在较大的地层损失条件下容易出现管土脱空现象,隧道开挖引起的最大管线变形和管底脱空值均随管线埋深增大而增大,而管底脱空范围递减。3)当管线挠曲较小时,管线与土体保持紧密接触;随着盾构掘进,在开挖面距管线1.5倍隧道直径处其底部开始出现脱空现象,开挖面距离管线1倍隧道直径至离开管线1倍隧道直径是脱空的主要发展阶段。

岩溶(土洞)塌陷TDR监测试验研究

结合土洞的分布和形成演化的特点,采用具有分布式特点的同轴电缆时域反射(TDR)技术开展岩溶土洞监测研究。通过室内同轴电缆的抗拉、胶结同轴电缆的抗折等试验,以及在建高速公路上铺设方法的对比,得到以下结论:TDR用于野外岩溶土洞发育区的监测是可行的,但要求同轴电缆的拉断荷载低于200N,水泥砂浆的配比在1∶3～1∶4之间,且梁式胶结同轴电缆铺设方法较好。

西安地区黄土地层含水空间研究

通过对西安东郊和长安县黄土剖面野外考察、裂隙观察、统计测量、孔隙度测定和颗粒分析 ,系统地研究了黄土地层含水空间 .进而发现了密集风化裂隙含水空间的新类型 ,提出了粒间孔隙不是沉积形成的 ,而是土壤化的产物 .揭示了黄土含水空间具有波动变化规律 ,这种变化是受古环境变化控制的 .研究表明 ,冷干时期成壤作用弱 ,含水空间发育好 ;温湿时期成壤作用强 ,含水空间发育弱 .黄土孔隙度与粉砂含量成正相关关系 。

单层土体结构岩溶土洞的形成机理

岩溶土洞是岩溶区工程路基施工中的主要地质灾害。本文首先对广西桂林阳朔高速公路雁山段、西气东输二线工程广西贵港段两个典型工程路基单层土体结构的岩溶土洞进行详细剖析,然后通过室内模型试验、崩解试验的验证,研究岩溶土洞的形成机理。结果表明:单层土体结构的岩溶土洞发育是先从基岩面逐渐往地面发展,在发展过程中,对于较厚的土层,岩溶土洞的发育与扩展分为3个阶段:(1)基岩面附近的土洞形成与地下水位的承压状态和地下水位初始下降速度密切相关,土洞的形态主要以缝(洞)的形式出现,规模较小,多形成于土体中的裂隙面或非均质部位;(2)在地下水包气带(季节变动带)土洞的扩展以崩解为主,规模较大;(3)近地表(垂直渗入带)土洞扩展机制以上部降雨入渗、洞顶剥落为主,崩塌块体较大。

开垦对黑土表层土壤压缩—回弹行为的影响

为探讨开垦对典型黑土表层土壤压缩与回弹行为的影响,以未经开垦天然次生林和开垦年限为17 a、30 a、40 a耕地的表层(0~10 cm)土壤为研究对象,采用快速固结试验方法,研究了土壤压缩与回弹过程中土壤孔隙比(e)、压缩指数(C_c)、压缩系数(a)和回弹指数(C_s)的变化。结果表明:土壤孔隙比(e)、压缩指数(C_c)、压缩系数(a)和回弹指数(C_s)随着开垦年限的增加而降低,C_c、a、C_s变化范围分别为0.252~0.426、0.002 04~0.003 70 k Pa^(-1)、0.041~0.070;未经开垦天然次生林地土壤C_c、C_s显著高于耕地土壤(p<0.05);C_c、a、C_s与容重均呈极显著负相关(p<0.01),与有机质含量呈极显著正相关(p<0.01)。土壤压缩性与回弹能力随着开垦年限的增加逐渐降低,容重、有机质含量对其影响最大。

黄河下游冲积平原潮土土壤孔隙微形态特征

土壤颗粒排列是影响孔隙特征的最基本因素。土壤薄片能够直接观察且定量的分析土壤孔隙特征。为了解不同质地土壤的孔隙差异,于山东省东昌府区采集不同质地土壤(壤土、黏壤土、砂质壤土),通过常规方法和土壤微形态技术对比分析土壤孔隙特征。结果表明:三类样地土壤孔隙度均为表层向下逐渐减少。表层、底层差异在砂质壤土中主要体现于总孔隙度与毛管孔隙度,黏壤土、壤土则主要体现为总孔隙度与非毛管孔隙度。砂质壤土中各土层均以简单堆集孔隙为主;而0~10 cm黏壤土、壤土以复合堆积孔隙为主,其下复合堆积孔隙减少、其他形状孔隙增多。薄片图像测定孔隙数量可反映常规分析总孔隙度的50%左右,对于非毛管孔隙度则可反映80%左右。因此,土壤薄片更适合分析土壤非毛管孔隙。

几种孔隙比与渗透系数关系的对比

渗透系数是描述土体渗流和固结的基本参数。大量研究实践表明渗透系数与土体的上覆有效应力和孔隙比有相关性,尤其是孔隙比;并提出了多种渗透系数与孔隙比间的经验关系。本文分析表明多种经验关系均可转换到log k-e坐标中,在该坐标中渗透系数与孔隙比呈直线关系,其斜率Ck均为初始孔隙比e0的函数。后续研究对比了各种Ck与e0的关系。

砂土中桩端阻力随位移发挥的内在机理研究

通过模型试验及颗粒流程序数值模拟,较为系统地从桩端周围土体位移场、应力场、孔隙率变化场等角度,对砂土中桩端阻力随位移发挥的内在机理进行了研究。结果表明:不同密实度砂土扩张影响范围的不同是相同位移下桩端阻力存在差异的原因。在桩端阻力发挥的起始阶段,土体位移以竖向变形及斜向下挤出扩张为主。当桩端阻力呈现极限阻力态势时,土体位移以水平及斜向上扩张滑移为主。通过桩端周围土体位移场、应力场、孔隙变化场的相互印证,揭示了随端阻力的发挥,桩端周围土体的球孔状压密-扩张过程。采用颗粒流程序进行数值模拟研究,模拟结果与模型试验具有良好的一致性。

大型滑坡滑带土强度参数取值试验研究

结合强度再生理论和土的压缩定律,以白龙江沙圈坝大型滑坡为例,对滑坡泥质物滑带土强度参数取值进行了试验研究。通过室内仿真重力压密试验,获得滑带土不同压力作用下孔隙比的变化特征,并采用试验获得的饱和度,计算纵剖面上各个部位滑带土的基本物理指标。通过原状样与仿真样的物理指标及强度指标试验,建立相关关系式,计算了滑坡各地段滑带土的综合抗剪强度参数。

湖相软粘土力学特性的试验研究

为研究结构性对软粘土力学特性的影响,对江苏宝应湖相沉积软粘土原状样与不同重塑样进行一系列的压缩、剪切试验研究。根据单向压缩试验得到的压缩曲线,得到不同土体的压缩指数Cc、回弹指数Cs,并确认了结构性对土体变形特性的影响。根据三轴剪切试验结果,比较原状样和不同重塑样的应力-应变-孔压曲线,确认了结构性和孔隙比对土体的强度特性具体有重要影响,并从孔隙比角度合理的解释了为什么高围压下原状样强度反而小于重塑样的强度。最后,提出简单量化土体组构的参数参考孔隙比e*10,将试验结果用参考孔隙比e*10归一化整理后,发现原状样和不同重塑样的Cc-e*10、ef/e*10-log pf,ef/e*10-log qf曲线基本一致。据推断出原状样在结构屈服应力后,结构中的胶结已基本破坏,原状样和重塑样的变形、强度差异主要是由于组构的差异引起的,且土的组构参数可用参考孔隙比e*10表示。

空洞的存在对浅基础承载力与沉降的影响分析

空洞的位置、形状、大小以及地基土的类型等诸因素都会对浅基础的承载力和沉降产生影响。利用一系列的二维弹塑性有限元方法分析一个空洞存在时其位置对浅基础承载力与沉降的影响,并对其发生机制进行研究。研究结果表明:空洞对浅基础承载力与沉降的影响存在一个极限范围。只有当空洞存在于这个影响极限范围之内时,空洞的存在才会显著地影响基础的承载力和沉降。另外,基于有限元量化分析结果,还提出一个简单实用的浅基础承载力的空洞影响效果计算方法。

不同固结状态下黄土坡滑坡滑带土的蠕变试验研究

为了研究黄土坡滑坡滑带土在不同固结状态下的蠕变特性,首先采用单向加载、加载—卸载、加载—卸载—再加载的方式分别固结滑带土,然后开展滑带土在不同固结状态下的剪切蠕变试验。试验结果表明:滑带土初始孔隙比为0.49,压缩系数a1-2介于0.37~0.45 MPa-1之间,属中等压缩性土;滑带土在单向加载至上覆压力后的孔隙比最大,压缩量最小,加载—卸载至上覆压力后的孔隙比最小,压缩量最大,加载—卸载—再加载至上覆压力后的孔隙比和压缩量介于二者之间。对于初始状态相同的滑带土,在经历不同加载—卸载—再加载固结状态后,在正应力和水平剪应力相同条件下,单向加载后的蠕变剪切应变最大,加载—卸载后的蠕变剪切应变最小,说明滑带土的剪切蠕变特性与加载路径和加载后的孔隙比密切相关。采用Burgers模型拟合蠕变试验数据,得出了不同固结状态下Maxwell模型和Kelvin模型的蠕变参数,拟合曲线和试验曲线能够很好地吻合,说明Burgers模型能够较好地反映滑带土在不同固结状态下的蠕变特性。

饱水黏性土释水响应压力规律研究

利用亲水性各异的饱和黏性土在不同压力条件下的压密试验,开展饱水黏性土体中弱结合水与应力、亲水性之间关系的研究。结果表明:随着外界压力增加,土体孔隙比达到某一临界值后,土体中弱结合水才随着孔隙比减小而排出,且所排出的孔隙水总量与土体体积总压缩量并不相等;在试验条件下,排水总体积大于土体压缩总体积,两者的差值随外界压力增加而呈非线性关系的增大;黏性土体的亲水性,对弱结合水排出的临界孔隙比和上述非线性关系有直接影响;对不同亲水性土体中的上述非线性关系,依据试验实测数据,构建相应的函数关系。试验成果可为相关的研究提供参考。