大连饱和黏土动力特性研究

利用"土工静力-动力液压三轴-扭转多功能扭剪仪",使用改进的真空抽吸法制备重塑饱和黏土空心试样,采用单独试样振后固结再振(加卸载)的试验方法,探讨了大连饱和黏土的动力特性.试验结果表明:在微小应变下避免孔隙水压力明显升高,使用单独试样通过改变固结压力的方法获得的最大动剪切模量Gmax和阻尼比ξ与用多个试样常规方法获得的结果很接近,是比较可靠的;卸压时的G随固结压力的减小而降低,下降的梯度比加压时的小.试验中将非接触式与接触式角位移计联合使用,以提高微小剪应变的测量精度.试验得到的归一化后的G/Gmax-γ和ξ/ξmax-γ基本落入一个很窄的范围内,并且由G/Gmax-γ和ξ/ξmax-γ关系曲线可用公式估算出G和ξ.采用这种单独试样振后固结再振的方法可以节省取样数量和解决土性不均匀问题,并且在试验结果可靠的基础上能够提供很多便利.

岩土工程中一类双重非线性问题的处理方法

针对土体和土体与结构接触面上的双重非线性性质,提出了采用理想弹塑性模型来模拟土体和采用非线性弹性-理想塑性模型来模拟土体与结构接触面相结合的方法,详细叙述了该方法的原理和数值实现方法。编制了面向对象的有限元计算程序,通过对地基极限承载力的计算验证了理想塑性模型的正确性,通过对一个受弹性基础梁作用的弹塑性地基分析验证了本文方法的适用性。计算结果表明,该方法简单实用,有一定的推广应用价值。

土工格栅加筋路堤现场试验研究

对包裹式加筋路堤进行了现场试验测试分析.试验分别对2种格栅类型、3种不同加筋间距等工况下的土压力、格栅应变、路堤沉降进行了跟踪观测,研究了加筋层数及加筋类型对路堤结构性能的影响.通过试验结果的比较分析发现,包裹式柔性支挡结构土压力受加筋形式及加筋率的影响,双向格栅在降低土压力方面作用更为显著,水平土压力在加筋路堤坡面处接近静止土压力,而加筋体后部则较接近朗肯主动土压力,其分布同时还受到加筋形式和加筋率的影响.应变沿格栅分布并不均匀且各层的分布规律也不尽相同;应变随时间持续会增大,且早期增长快.包裹式加筋对于早期沉降及冻胀的限制作用并不明显.试验显示了加筋路堤的真实工作状态,结果可为土工格栅加筋结构的后续研究和工程实践提供参考.

砂雨法试样制备平行试验研究

在中国各类基础设施大规模、高速度建设的历史背景下,岩土工程学科也面临空前的机遇和挑战,以岩土离机为代表的大型试验装备也得到迅速发展,为理论研究、实践指导提供了十分重要的研究手段。为推动我国离心模拟技术标准化及在实际工程中的应用,扩大离心模拟技术在工程界的影响力,开展了全国岩土工程离心模拟的平行试验,试验内容包括砂土模型地层的制备、桩基础承载力以及边坡稳定共3大类试验。介绍的是采用砂雨法制备砂土地层的相关试验成果,共有8家单位参与了此项研究工作。试验材料采用福建标准砂,出砂头采用圆筒网眼式或者线型鸭嘴式,落砂装置各单位自备。试验结果分析得到落距–相对密实度标定曲线,并设定土体目标相对密实度(55%和75%),验证曲线的可靠性;同时考察制备模型地基的相对密实度在空间上的均质性,并对出砂头的类型及孔径大小、流量、出砂头水平移动速度对相对密实度的影响做了初步探讨。

饱和松砂的双向耦合剪切特性试验研究

为了模拟海床及海洋建筑物遭受波浪荷载时所引起的循环应力,进行了一系列均等固结条件下的应力控制式轴向-扭转双向耦合循环剪切试验。试验时在竖向和扭转向同时施加动应力,使加载路径在正应力偏差(σz-σθ)/2与剪应力τzθ应力空间内为椭圆。分别控制竖向和扭转向循环荷载的大小,以此来探讨双向耦合剪切试验中竖向应力与剪应力幅值的变化对饱和松砂变形特性的影响。试验结果显示,所有的竖向应变均以拉伸向为主。对于椭圆应力路径所包围的椭圆面积相同的一组试验,当竖向荷载分量与扭转向荷载分量之比小于某一临界值时,竖向应变完全表现为单拉伸方向的变形,大于临界值时则呈现出拉伸向更为显著的双向循环累积特性破坏。剪应变虽都表现为双向循环累积,但是两个荷载分量的比值不同,应力应变关系的滞回圈曲线形状不同。而椭圆面积的大小对土样的变形特性几乎没有影响。

黏土地基上吸力式沉箱基础的三维破坏包络面研究

作为新型的深水海洋基础形式,吸力式沉箱基础不仅要承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用,而且往往承受波浪等所产生的水平荷载及力矩荷载分量,其承载特性是海洋工程结构设施建造与设计中的一个关键技术问题,但目前这种新型基础的工作性能评价与设计理论远远不能满足工程实践的需要。为此,本文以大型通用有限元分析软件ABAQU S为平台,数值实现基于位移控制的Sw ipe试验加载方法,分析了完全不排水条件下不同的水平荷载作用点吸力式沉箱基础的承载特性及V-H破坏包络面。同时,对完全不排水条件下吸力式沉箱基础在垂直上拔荷载V、水平荷载H和力矩M共同作用下的承载特性进行了三维有限元分析,数值实现了荷载-位移控制搜寻方法,确定了复合加载作用下吸力式沉箱基础的V-H-M三维破坏包络面。

粉质混合碎石土中土工格栅拉拔阻力特性试验研究

土工格栅凭借其良好的加筋特性,在大型土工结构中得到了广泛的应用。然而土工格栅在粉土中的加筋效果并不理想。通过室内大尺寸土工格栅拉拔试验,针对不同的法向荷载和粉土中不同的碎石含量,对土工格栅受拉时的拉拔阻力特性进行了对比试验。结果发现:单纯提高法向荷载来增加格栅表面的摩擦剪切阻力的方法并不适用。在粉土中加入大粒径碎石,可以提高格栅横肋的被动阻力,但在竖向荷载较小的情况下,反而降低了格栅的整体拉拔阻力;而施加适当的法向荷载,抑制土体的剪胀效应,格栅整体拉拔力则得到了显著增强。该试验结果对土工加筋结构的设计具有一定的参考价值。

预应力锚固机制数值模拟研究

针对预应力锚索加固时锚固段与自由段受力机制的不同,依据等效应变和等效温度法建议了一种新的预应力施加方法,并采用有限元方法模拟了预应力锚索加固岩体的受力机制.给出了不同锚固条件下锚固段和岩体的受力变形特征,指出了应用预应力锚索加固时应该注意的问题:张拉式预应力锚索加固的岩体在内锚固段周围的岩体是受拉的,群锚时使得内锚固段附近的岩体形成拉应力带,这种拉应力带对岩体的稳定十分不利,应积极采用不等长锚索,以使内锚头分散布置在岩体的不同层位中;群锚条件下锚索之间外锚头位置岩体有受拉现象,在满足工程需要的条件下锚索的布置间距应适当放大.

吸力式桶形基础多桶组合结构承载力特性研究

海洋采油平台结构中一般采用多桶组合基础型式,然而迄今对多桶组合结构尚缺乏理论分析和实验研究。本文针对我国第一座吸力式桶形基础采油平台CB20B,基于单桶基础在复合加载模式下的承载力特性,建立了双桶、四桶组合基础的三维有限元数值计算模型,探讨了对称多桶基础结构与单桶基础结构的承载力特性之间的相互关系,阐述了不同桶间距的多桶组合结构地基破坏机制,为工程设计提供参考依据。

心墙水力劈裂机理的离心模型试验研究

采用直立土柱试样进行离心模型试验的方法,对心墙发生水力劈裂的条件和过程进行了研究。试验结果表明,当土柱上游侧外水压力大于土体压力时,土柱将产生水力劈裂,并最终产生渗透破坏。因此,在心墙土石坝工程中,由于坝壳对心墙拱作用所导致的心墙土压力小于外部库水压力将是产生心墙水力劈裂的根本原因。

均质土地基上埋深条形基础极限承载力系数数值研究

以K.Terzaghi提出的叠加公式为基础计算均质地基上埋深条形基础的极限承载力,需要确定承载力系数及相应的埋深修正系数。一般情况是采用极限平衡法、滑移线法及上限分析法进行承载力问题的研究,但受假定破坏模式的影响,不同的研究成果具有较大差异,而有限元法并不事先假定破坏模式,其计算结果具有较高精度。通过在基础与地基土接触面及基础边缘土体内数值奇异点引入接触面单元,建立适用于埋深条形基础的理想弹塑性有限元数值计算模型。利用在ABAQUS平台上开发的计算模块,对饱和不排水黏土地基、砂土地基及土体摩擦角与黏聚力均不为0的地基承载力问题进行系统的有限元计算,分析各系数随基础侧面粗糙程度、地基土强度参数、超载大小等影响因素的变化规律,并与已有结果进行对比,所给出的承载力系数及相应埋深修正系数的计算图表,可供基础工程设计参考。

排水条件下饱和砂土单调剪切特性试验研究

应用大连理工大学研发的土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,控制试验过程的平均主应力和中主应力系数保持恒定,改变主应力方向,针对相对密度为30%、60%的饱和福建标准砂,进行一系列排水单调剪切试验.主要探讨排水条件下主应力方向和相对密度对砂土应力-应变关系、有效内摩擦角及体变特性的影响.试验结果表明:主应力方向对饱和砂土的单调剪切特性具有显著影响;不同主应力方向对应的应力-应变关系所表现出的变化规律取决于水平面与竖直面上受到的剪应力作用,相变及峰值广义剪应力和有效内摩擦角与主应力方向角之间存在抛物线型关系.同时相对密度的影响也不容忽略;同中密砂相比,松砂的剪缩现象明显,其峰值抗剪强度降低.

蒸馏水中蒙脱石晶层间膨胀压力理论研究

蒙脱石颗粒周围的溶液浓度对其膨胀性有较大影响,传统的双电层模型可以对电解质环境下蒙脱石的膨胀特性做出较好的模拟,但并不适于蒸馏水的情况。针对膨润土在蒸馏水或纯水中已有的膨胀特性试验,本文在前人的研究基础上详细推导了蒸馏水中蒙脱石晶层间的膨胀压力模型,并给出一种简便算法。运用此算法可以避免非线性方程的求解,从而可以较方便的将膨胀力和晶层间距联系起来。

主应力轴旋转下饱和黏土动力特性的试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,对使用真空抽吸法制备的黏土试样,进行了耦合循环剪切试验。探讨了主应力轴连续旋转下,空心试样在微幅应变下的动力特性研究。试验结果表明:耦合试验得到的竖向分量动弹性模量和扭向分量动剪切模量的发展趋势与常规动力特性试验的动模量发展趋势基本一致;实测的竖向Emax比由扭向分量换算得到的Emax偏低,实测的扭向Gmax比由竖向分量换算得到的Gmax偏高;竖向和扭转向阻尼比的结果比较接近。

基于柱形孔扩张大应变理论的劈裂灌浆压力研究

用劈裂灌浆防渗加固技术来改进坝体的稳定性,是非常有效的加固堤坝的方法。基于柱形孔扩张理论,考虑大变形分析,假定灌浆孔周围土体服从广义SMP准则,通过理论计算得到劈裂灌浆压力的解析解,进而分析了土体内摩擦角和粘聚力对灌浆压力的影响。结果表明,内摩擦角对灌浆压力的影响较小,而粘聚力的影响则较为明显。所得结论为劈裂灌浆加固工程提供了理论依据。

土工合成材料及其加筋结构的研究现状

随着土工合成材料在岩土加固领域的应用的不断扩展和延伸,土工合成材料的工程特性及其加筋机理的研究得到了迅速发展。对国内外有关土工合成材料的静载、动载作用下的力学特性和流变特性,以及筋材加筋结构分析理论的国内外研究现状与发展动态进行了综合比较评述,探讨了研究中存在的主要问题,并提出了解决问题的思路与建议。

横观各向同性软土地基上大圆筒防波堤稳定性研究

对于横观各向同性软土地基上沉入式大圆筒防波堤结构提出了一种准三维上限极限分析方法,所假设的破坏机制为大圆筒结构绕筒体内中轴线上某点发生转动失稳,泥面处形成楔体破坏,而筒底部形成圆弧滑裂面。本方法可以考虑土的三轴压缩、拉伸强度与直剪强度的差异。利用ABAQUS分别进行平面应变以及三维有限元分析,软土采用Hill本构模型,所得到的破坏模式以及大圆筒结构水平承载力与上限极限分析方法吻合较好,同时可以得出考虑地基土各向异性的大圆筒结构承载力比不考虑时有较大降低。

块体理论在荒沟抽水蓄能电站地下厂房系统硐室群围岩稳定性分析中的应用

荒沟水电站地下硐室群开挖区围岩裂隙较发育,因此确定硐室群开挖面上可能产生的块体及其稳定性对工程施工意义重大。综合考虑荒沟水电站地下硐室群地质条件及其裂隙较多的特点,采用适合于裂隙岩体稳定性分析的块体理论,对其围岩稳定性进行分析。由于需考虑的裂隙多而导致计算量较大,因此分析方法采用可实现程序化的矢量分析法,依据其原理并结合地下硐室三维坐标体系,应用大型数值软件MATLAB编制计算程序。该程序通过输入结构面产状、测点坐标等工程数据,依次分析各关键块体,得到其顶点坐标、体积、稳定系数等相关信息,再利用CAD展示关键块体在三维空间中的位置和几何形态,从而为地下硐室群的开挖施工提供指导。

复杂应力条件下饱和松砂振动孔隙水压力增长的能量模式

利用新研制的土工静力–动力液压三轴–扭转多功能剪切仪,针对相对密度为30%的饱和福建标准砂,进行了均等固结条件下的不排水循环单向剪切以及轴向和扭转双向耦合循环剪切等多种复杂循环剪切试验,并在控制不同的初始固结参数的三向非均等固结状态下,进行了循环扭剪试验。分别研究了循环剪切应力路径、初始主应力方向、初始偏应力比、初始中主应力系数等因素对孔压与累积耗散能关系的影响。初步建立了复杂应力条件下饱和松砂的孔隙水压力增长的能量模式。

全长注浆岩石锚杆双曲线模型的建立及锚固效应的参数分析

根据局部变形理论,通过将岩体对锚固体界面的剪切作用简化为一系列独立作用的切向弹簧,通过锚固体的受力平衡,建立注浆岩石锚杆界面剪应力和轴向载荷的计算方程,并在此基础上对影响锚杆锚固效果的参数进行分析。通过建立的剪应力和轴向载荷的计算公式,得到全长注浆岩石锚杆的界面剪应力和轴向载荷的分布函数,即双曲线分布函数,在对影响其锚固效果参数分析的基础上,得出影响全长注浆锚杆锚固效果的参数有锚固体(锚杆)的直径、弹性模量以及注浆体和围岩体的综合参数,为正确理解注浆岩石锚杆的锚固机制提供一定的依据。