地震荷载作用下非饱和土边坡三维极限承载力研究

研究旨在对地震荷载作用下非饱和土边坡稳定性进行分析。为了考虑地震荷载时间效应、边坡放大效应及土体阻尼特性的影响,采用修正拟动力法对边坡动力响应进行描述。采用考虑基质吸力影响下非饱和土广义黏聚力和饱和土摩擦角定义非饱和土剪切强度参数。基于三维离散破坏模型,采用极限分析上限法构建了地震荷载作用下非饱和土边坡三维极限承载力分析模型,通过已发表文献结果验证了所提出模型的有效性。最后,提供了非饱和土边坡三维极限承载力设计图表。研究结果表明:①与二维破坏模型相比较,所提出三维破坏模型能实现对边坡稳定性更为准确的评估;②忽略非饱和土剪切强度参数影响往往导致边坡稳定性评估结果偏于保守。

基于饱和土总应力强度指标的非饱和土强度理论及其应用

实际工程中求解和测定吸力比较困难,特别在不排水条件下,吸力并非常量,从而难以确定。而饱和度相对容易确定,选择饱和度代替吸力,建立关于饱和度的非饱和土的抗剪强度公式有着重要的实用价值。提出不排水(等含水量)条件下的基于饱和土总应力强度指标的抗剪强度公式,克服了以往相关模型只适合于较小范围的缺陷,能够实现从非饱和土状态到饱和状态的平稳过渡,同时更能反映土体的工程特性;结合非饱和土的土水特征曲线试验及常含水量三轴剪切试验成果,确定适用于云南红黏土的相关拟合参数;将所得抗剪强度公式应用于地基承载力分析中,得到地基承载力随饱和度的减少接近线性增加的结论。

饱和及非饱和粉土中扩底桩极限上拔承载力大尺寸模型试验研究

通过采用大比例尺模型对饱和度为49%的非饱和粉土及饱和粉土中埋深比(桩埋深与扩底直径之比)为1,2,3和5的扩底桩进行试验研究,揭示饱和度、埋深比对扩底桩极限上拔承载力及其破坏模式的影响。试验结果表明:土体饱和度从49%增加至100%,扩底桩的极限上拔承载力降低至原来的30%～50%;扩底桩埋深比从1增加至5,非饱和及饱和土中桩的极限上拔承载力分别增加8和12倍;扩底桩的上拔破坏模式随埋深增大由桩周土体倒圆锥台形破坏变为扩底圆周土体局部破坏。

非饱和土临界荷载和太沙基极限承载力解析解

基于非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解,综合考虑中间主应力、基质吸力和超固结比等影响,推导了非饱和土条形地基临界荷载和太沙基极限承载力解析解,并得出统一强度理论参数、基质吸力和超固结比对解析解的影响规律.研究结果表明:该解析解具有很好的可比性,临界荷载公式适用于任意侧压力系数;临界荷载和太沙基极限承载力均随着统一强度理论参数和基质吸力的增大而显著增加;临界荷载与超固结比近似成线形递增关系,不同基质吸力所对应的临界荷载间相互平行.

基于SQP和上限法的非饱和土条形基础极限承载力计算

综合考虑有效内摩擦角、有效黏聚力、基质吸力等非饱和土强度参数以及基底以下基质吸力随埋深增加而变化的工程实际(以水土特征曲线表征),采用多刚性块上限分析法对非饱和土条形基础竖向极限承载力进行研究。假定非饱和土抗剪强度公式是Mohr-Coulomb饱和土抗剪强度公式的延伸,根据线性破坏准则和相关联流动法则,构建一个承受竖向荷载的非饱和土地基承载力二维机动破坏模式。根据外力功率与内部耗能相等原理获得非饱和土地基极限承载力的目标表达式,并把其转化成一个求含有非线性约束的极限承载力上限解最小值计算模型。对建立的计算模型采用序列二次规划法进行优化求解。研究结果表明:非饱和土抗剪强度参数取值对极限承载力量值具有非线性影响;土中基质吸力存在所引起的附加抗剪强度使非饱和土地基承载力较饱和土得到提高;土体内基质吸力分布方式和地下水位高低对条形基础极限承载力影响也较大,地下水位升高导致基质吸力降低,极限承载力减小;非饱和土过渡为饱和土时,同类方法相比本解答是较优上限解。

吸力强度修正对数模型在地基承载力中的应用

为准确反映非饱和土体中吸力对抗剪强度的影响规律,提出了吸力强度修正对数模型。与国内外试验结果相此,发现该模型在低吸力范围内与以往的模型有很好的同一性,而在高吸力范围内有着更大的优越性。该模型中各参数物理意义更为明确,与土-水特征曲线的特征值的关系更为紧密,通过引入参数b能更好地模拟具有不同特征残余值的土体。把该修正对数模型引入到地基承载力的分析中,发现饱和度对地基承载力的影响显著,吸力的存在能大大地提高承载力,并且饱和度越低,递增的速率也越大。

非饱和土条形地基太沙基极限承载力三剪统一解

基于三剪统一强度准则和非饱和土双应力状态变量抗剪强度,考虑中间主应力效应、材料拉压不等特性和强度准则差异的影响,建立了非饱和土抗剪强度三剪统一解,并在此基础上推导了非饱和土条形地基太沙基极限承载力的计算公式。通过可行性分析及算例论证,验证了所推公式的正确性,探讨了中间主应力效应、强度准则、基质吸力、有效内摩擦角和有效黏聚力等参数对非饱和土条形地基极限承载力的影响规律。研究结果表明:中间主应力效应和强度准则对非饱和土条形地基太沙基极限承载力具有显著影响,中间主应力效应越显著,极限承载力越高,说明考虑中间主应力效应可以更加充分发挥材料的强度潜能,也说明强度准则差异对地基极限承载力的预测具有重要作用。基质吸力对非饱和土条形地基太沙基极限承载力具有双重影响:在低基质吸力范围内,极限承载力随基质吸力的增大线性提高;当基质吸力增大到进气值时,极限承载力达到峰值;在高基质吸力范围内,极限承载力随基质吸力的增大逐渐降低,最终趋于稳定。非饱和土条形地基太沙基极限承载力随有效内摩擦角和有效黏聚力的增大显著提高。非饱和土太沙基极限承载力三剪统一解包含了多种屈服准则下地基承载力的计算公式,具有较广泛的适用性,可为实际工程应用提供参考。

基于圆孔扩张理论的桩基水平承载力计算方法

近年来,我国城市的基础设施建设规模不断扩大,桩基础是基础设施建设中常用的基础形式,其水平承载特性的分析计算是桩基设计中的重要问题。基于Vesic圆孔扩张理论,分析了水平荷载作用下桩侧土体的实际受力状态,推导了基于应力增量的桩侧土抗力的计算公式,进而提出了考虑摩擦效应的桩土相互作用的计算方法;并基于MATLAB编写了相应的分析程序,通过开展案例分析,验证了该计算方法的有效性;最后基于所建立的桩基水平承载力的力学模型,探讨了荷载、桩径等因素对水平受荷桩的承载特性的影响规律。

浸水对膨胀土地基承载力影响的研究

含水率的变化会影响膨胀土地基承载力。通过大型模型试验,研究了不同干密度膨胀土地基浸水前后承载力变化情况,结果表明浸水将显著影响膨胀土地基的承载力,浸水后地基极限承载力只有浸水前的12%～14%,而比例界限段的斜率则增加50～65倍。土体干密度对其承载特性和破坏型式影响较大。分析了承载力随含水率的变化规律,验证了膨胀土地基承载力的计算方法。研究成果对膨胀土地基承载力计算具有重要的理论和工程实际意义。

膨胀土地基承载力研究

根据非饱和膨胀土的分形结构模型 ,导出了非饱和膨胀土的吸力强度公式 ,讨论了非饱和膨胀土强度公式的非线性。根据膨胀土的强度特性提出了膨胀土地基承载力公式 ,运用所提出的承载力公式估算了邯郸和宁夏膨胀土地基承载力值 ,与实测结果一致。

非饱和土条形地基梅耶霍夫极限承载力统一解

基于非饱和土的抗剪强度统一解,综合考虑中间主应力、基质吸力和强度非线性,建立非饱和土条形地基的梅耶霍夫极限承载力统一解,对比文献滑移线法解答、上限法解答验证所得统一解的正确性和适用性,讨论与太沙基极限承载力的差异及基底粗糙程度效应,并得出中间主应力、高/低基质吸力以及有效强度参数的影响规律。研究结果表明：太沙基极限承载力将旁侧土的抗剪强度简化为均布荷载,夸大了旁侧土的真实作用,计算结果偏大;基底粗糙程度对承载力系数的确定起关键性作用,梅耶霍夫极限承载力随中间主应力效应的增大而显著增加,不考虑中间主应力影响的Mohr-Coulomb解答过于保守;基质吸力具有双重影响,即在低吸力范围内极限承载力线性增加,而在高吸力范围内却逐渐减小并趋于稳定,这是由非饱和土的强度非线性造成的;有效强度参数的影响亦很重要,且有效内摩擦角较有效黏聚力的影响更明显。由于考虑了中间主应力效应、非饱和特性与旁侧土抗剪强度等工程实际情况,本文结果可为地基优化设计与施工提供有益的参考。

刚柔性条形基础下非饱和土地基的承载特性

为了对比研究刚性基础和柔性基础下地基随饱和度变化的承载特性,通过增量加载的有限元方法,结合非饱和土常含水量三轴剪切试验成果及相关的抗剪强度预测模型,对多种饱和度下的刚柔性条形基础下地基承载特性进行了对比分析。结果发现:刚柔性基础地基的临塑荷载及相对位移均随饱和度的减少而显著加大;地基承载力随饱和度的减少而显著加大,但递增梯度减小;刚性基础地基极限承载力相对于柔性基础地基对饱和度更为敏感;随着饱和度的减少,滑动面不断加深、加大,并且滑动面越发明显。

端夯扩碎石桩复合地基现场试验研究

结合南水北调工程SG14标的端夯扩碎石桩施工,根据现场静载、静力触探和动力触探试验以及室内土工试验对端夯扩碎石桩复合地基的桩土应力比、承载力以及桩间土的挤密效果进行了分析。试验表明:带有桩端扩大头的夯扩碎石桩的桩土应力比一般碎石桩大,试验所得桩土应力比一般在[4.2,7.4]之间;桩土应力比值随荷载的增加呈现先增后减,并逐渐趋于稳定,桩土应力比值随桩长的增大而增大;夯扩碎石桩复合地基的沉降曲线(PS曲线)呈渐变型,没有明显的拐点或变化点出现;单桩复合地基承载力随着桩长的增大,承载力也逐渐增大;夯扩碎石桩施工能有效提高桩间土的强度,同时,对改善地基的不均匀沉降也有很好的效果。

砂性土中桩端荷载-沉降关系的模拟

提出了一个基于球形孔扩张理论的模型,用于模拟砂性土中长桩的桩端变形性状。该模型对Vesic(1972)的解答作了改进,同时考虑了砂性土强度指标在高应力下的衰减和在高密度下的增长。模型参数可通过土的初始竖向有效应力及标准贯入试验N值求得。球孔塑性区的平均体积应变不再需要通过土工实验,而是利用有限应变理论计算获得。在考虑了孔扩张过程中的能量守恒原理后,可得桩端土的特征变形值,从而进一步推出桩端的荷载–沉降关系。该模型计算结果与两根静压长桩的现场试验比较,结果一致性较好。

沼液中全氮在非饱和均质土壤中的吸附特征试验

为探讨沼液中全氮在非饱和均质土壤中的吸附特征,在室内恒温条件下,对非饱和均质土柱采用一维沼液吸附试验,测定不同沼液浓度、土壤密度及沼液入渗水头条件下渗出液电导率及全氮含量,并应用对流弥散溶质运移模型和CXTFIT2.0软件对试验数据进行拟合,得到了不同试验方案下的全氮平均孔隙水流速和水动力弥散度。试验结果表明:不同试验方案下较大密度土壤的渗出液电导率峰值点均小于较小密度土壤的峰值点;峰值点后渗出液的电导率与峰值点差值随沼液浓度的增大而增大;相同土壤密度及入渗水头条件下,随沼液浓度的增大,吸附曲线逐渐向右偏移,全氮运移吸附转折点对应时间及被截获在土柱中的全氮量增加,而吸附转折点渗出液相对浓度、平均孔隙水流速及水动力弥散度均减小;相同沼液浓度及土壤密度条件下,随入渗水头增大,土壤对全氮吸附达到饱和所需时间减少,平均孔隙水流速及水动力弥散度增大;相同沼液浓度及入渗水头条件下,随土壤密度的增大,全氮吸附转折点对应时间增长,水动力弥散度增大,而平均孔隙水流速减小。

强夯加固在非饱和粘性土地基中的效果探讨

非饱和粘性土广泛的分布在地表,同时如何利用低能量强夯法经济快速的优点以适应更高承载力的要求倍受关注。文章结合大量的试验、勘察数据资料,分析地基土的基本工程性质,并通过对夯后测试数据与夯前数据的对比分析,得到强夯后地基土的物理力学指标分布规律总体呈离散性降低、均匀性提高,有明显的良好变化趋势,尤其是压缩性指标的变化;灰土具有很好的夯实性能,灰土层承载力可满足工程建设对地基承载力的要求。

胶济客运专线非饱和土地基原位试验研究

地基原位试验作为客运专线地质勘察工作中常用的试验方法被广泛应用,然而各试验方法侧重点各有不同。根据工程性质和现场具体情况,在胶济客运专线青州取直段选择8个特征断面以进行包含钻孔取样在内的标准贯入试验、平板载荷试验、预钻式旁压试验、静力触探试验等地基原位试验方法。综合考虑各试验方法适用性,对比相关试验结果,确定该区域地基强度、变形特性,以便确定经济、合理、有效的非饱和土地基处理改良方法;最终通过现场沉降观测以验证改良方法的合理性和确保施工安全。

含水率变化对膨胀土地基单桩承载特性影响数值模拟

由于膨胀土存在胀缩特性,膨胀土地基含水率改变导致的桩基承载力变化值得关注。基于三轴固结剪切试验,获得不同含水率条件下膨胀土的强度变化规律。建立膨胀土地基中单桩承载力三维弹塑性有限元分析模型,研究了地基含水率变化对桩基承载特性的影响,获得了极限承载力随地基土含水率的变化特性,并得出了桩身轴力、桩侧摩阻力分布规律。进一步分析表明,地基含水率升高导致桩的承载特性曲线由缓变型变为陡降型,在天然含水率附近极限承载力对地基含水率变化较敏感。对于不同含水率的地基,桩身轴力沿深度逐渐减小,桩侧摩阻力沿深度近似线性增加,在接近桩端处达到峰值之后急剧减小。地基含水率升高将导致桩侧阻力与桩端阻力之比明显增大,桩的类型由摩擦端承型向端承摩擦型转变。

稳态流下非饱和土地基承载力模型

基于稳态流下吸应力剖面具有明显非线性的特点,在仅考虑竖向稳定渗流条件下,通过补充普朗德尔假定,利用刚体平衡方法,推导普朗德尔滑动面范围内滑动土体稳态流下非饱和土地基的极限承载力计算模型,讨论地下水埋深和比流量变化对地基极限承载力的影响。结果表明:稳态流下非饱和土地基的极限承载力公式考虑了滑动土体内吸应力非线性分布特点对地基极限承载力的影响;当土体内吸应力随深度增加呈现出先增大后减小的特点时,地基极限承载力随地下水位埋深减小呈先减后增的变化趋势;当滑动土体内吸应力随比流量的增大呈现先增后减的趋势时,地基极限承载力呈现先减小再增大的变化趋势。

非饱和土地基承载力的有限元法分析

采用Ａｌｏｎｓｏ 本构模型，借助于有限元方法对非饱和土地基承载力进行分析，找到了不同常吸力作用下，地基承载力随吸力变化的规律．所得结论对非饱和土地基承载力的确定具有一定的指导意义．