粉土中吸力式桶形基础沉贯及抗拔特性试验研究

吸力式桶形基础的负压沉贯控制和抗拔承载力确定是海洋钻井平台和海上风电机组多桶基础以及深海吸力锚基础设计和施工中的关键问题。通过室内大比例模型试验研究了吸力式桶形基础在饱和粉土中的负压沉贯及抗拔特性。负压沉贯试验结果表明负压并不能明显减小吸力式桶形基础在粉土中的沉贯阻力,基于CPT试验结果可较为准确地预估沉贯施工所需负压,从而确保沉贯的顺利实施和防止沉贯过程中地基发生管涌破坏。不同加载速率下的上拔试验结果表明存在一临界加载速率,当实际加载速率超过该临界值后,加载速率对吸力式桶形基础的抗拔特性影响较小。结合桶体及桶外土体的变形,提出了粉土地基中不同受力状况下吸力式桶形基础的抗拔承载力计算方法。

粉土循环累积应变和残余动模量的试验研究

粉土地基上建造的铁路或公路在交通荷载作用下易产生各种病害,导致基础设施不能正常工作。为研究交通循环荷载作用下粉土的累积变形和动力性能,针对钱塘江粉土开展一系列的循环三轴试验,探讨土体物理条件(相对压实度、含水率)和应力特征(频率、围压、动应力比)等对粉土累积轴向应变、动模量和阻尼比等的影响。试验结果表明,钱塘江粉土的临界动应力比约为0.11,当轴向动应力小于临界动应力时,粉土的动模量变化很小,相应的累积轴向应变也很小;当动应力超过临界动应力后,土样的动模量快速下降,残余动模量约为初始弹性模量的20%,同时,动模量和阻尼比随着累积轴向应变(或名义振次)的发展变化显著。粉土的动模量和阻尼比在归一化后可得到统一规律:在轴向应变(或名义振次)小于一定值时,动模量几乎不变,而后呈指数形式衰减,最终趋于稳定值;粉土阻尼比随着轴向应变(或名义振次)的发展呈指数关系增长。

粉土与淤质互层土中管桩压入过程孔隙水压力试验研究

为了解管桩沉桩过程中孔隙水压力的变化情况,通过对杭州萧山某工地的沉桩挤土效应进行现场监测,得出以下结论:场地中央的超孔隙水压力明显大于应力释放孔两侧相应深度处的超孔隙水压力,且应力释放孔内侧的超孔隙水压力也要大于应力释放孔外侧同一深度的超孔隙水压力;超孔隙水压力的动态变化规律绝大多数呈先增长后减少的趋势,沉桩距离较远时,超孔隙水压力整体变化呈缓慢增长趋势,而沉桩距离较近的时候,超孔隙水压力变化多呈先增长后减少趋势;本工程3～7m左右为粉土与淤泥质土的交界面,由于粉土与淤泥质土的渗透性不同,导致超孔隙水压力在3～7m左右会发生突变;PTC-500(65)管桩沉桩时,周围超孔隙水压力的变化明显要大于PTC-400(60)管桩沉桩时周围超孔隙水压力的变化。当沉桩距离小于5m的时候,超孔隙水压力变化比较明显;当沉桩距离超过5m的时候,超孔隙水压力变化逐渐减缓,趋于均速。

大振次列车动荷载作用下桩网加筋路堤土拱效应模型试验研究

通过桩网加筋路堤足尺模型试验,研究速度324km/h时列车120万次轮轴动荷载作用下,桩帽高度位置和3.2m路基范围内动土压力随振次的变化规律,分析长期动荷载作用下土拱演化规律。试验结果表明:桩土差异沉降较大时,桩帽承担约90%的动荷载和静荷载,土拱加强了路基中动应力往桩帽的传递,路基中动应力分布按Boussinesq公式计算不合理;长期动荷载作用下,桩土动应力比减小,但幅度变化不大,说明土拱弱化不明显。

砂土颗粒粗糙度对剪切波速影响的试验研究

将福建标准砂、杭州黄砂和人工石英砂制备成6个砂样,每个砂样只由一种粒径的砂颗粒组成,从每个砂样中选取一定数量的颗粒进行电镜扫描并分析砂样的颗粒平均粗糙度,用弯曲元测试仪测试各砂样在不同孔隙比下的剪切波速(Vs)。对比分析说明颗粒粗糙度对Vs的影响显著,Vs随着颗粒粗糙度的增大而减小。引入粗糙度修正系数,在散粒体介质细观组构与本构关系、弹性粗糙颗粒接触等研究的基础上推导了砂土Vs计算公式。将计算结果与试验实测值进行对比,得到了浅层砂土的粗糙度修正系数的计算方法,讨论了粗糙度修正系数随应力大小的变化趋势。

海洋高桩基础水平单调及循环加载现场试验

开展了海洋软黏土中2根大直径高桩基础的现场水平单调和循环加载试验,实测获得了桩顶荷载–位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力和孔隙水压力,揭示了水平单调和循环荷载作用下桩土相互作用规律及桩基水平位移和桩身弯矩发展规律。利用实测桩身水平位移推算了桩周土反力,在此基础上提出了相应的双曲线型p–y曲线,通过引进Poulos循环弱化模型建立了水平循环荷载作用下的桩基双曲线型p–y曲线分析模型,水平单调及循环荷载作用下桩顶荷载–位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力等计算结果与实测值均吻合良好。通过现场试验发现规范p–y曲线法计算结果偏保守的主要原因是所采用的p–y曲线的刚度偏小;不同时段的循环荷载对桩基循环累积变形有叠加效应。建议设计中应考虑桩基全寿命服役期内所承受的所有循环荷载的影响,对于重要工程应开展相应的现场水平加载试验,实测桩身水平位移或桩身弯矩,进而利用所推算的桩周土反力来分析桩基受力变形及承载力。

市政污泥真空预压模型试验研究

《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》[1]执行前,市政污泥往往直接倾倒于填埋场形成污泥库,导致垃圾设计库容显著降低。为恢复填埋场库容,许多填埋场面临污泥库的原位加固处理。通过2组模型试验,探讨真空预压处理污泥的可行性。试验结果表明,真空预压后污泥含水率显著降低,强度提高至2~4 kPa;污泥排水固结系数随预压过程发展表现出非线性;排水板周围污泥含水率和渗透系数降低明显,阻碍离排水板较远处污泥排水固结,因此减少排水板间距可显著提高污泥处理效果;真空预压过程中污泥中孔压变化规律与常规淤泥质土有明显区别,特别是远离排水板的位置孔压消散幅度小,表明污泥中孔压消散规律不符合传统的太沙基固结理论;污泥真空预压过程中,间歇式通正气压会在处理初期阶段加快排水速率,但整体改善作用不明显;真空预压可作为污泥减量化的一种途径,如要满足后续堆载垃圾的要求,还需配合其他原位处理方法进一步提高强度。

考虑土体屈服的纵横荷载单桩变形内力分析

为提高桩身变形较大时纵横荷载单桩的设计计算水平,假定地基反力系数沿深度线性增加,考虑土体屈服及纵向荷载的P-Δ效应并计入桩身自重和桩侧摩阻力的影响,得到了地面以下桩身变形和内力的幂级数解。结合已有的地面以上桩身响应的幂级数解,采用Fortran语言编制了计算程序。计算结果表明:桩顶位移、地面处桩身位移及桩身最大弯矩均随纵横向荷载和自由段桩长的增加而增大,并随土体屈服位移的增加而减小;纵向荷载足够大时桩基失稳;桩顶约束条件对桩的响应影响很大。计算值与模型试验的实测值吻合较好,所得解和程序是可靠的。

柔性挡墙的主动土压力计算及分布研究

已有研究表明,柔性挡墙在不同位移量和位移模式下,主动土压力的大小和分布均发生变化,其分布也与刚性挡墙有明显区别。在前人室内试验和数值模拟结果的基础上,建立了考虑位移变化效应的柔性挡墙土压力计算模型,采用中间状态系数来统一反映挡墙位移模式和位移量的影响,提出了任意位移柔性挡墙主动土压力合力系数的计算公式;在求得合力基础上,将土体简化为非线性弹簧和刚塑性体的组合体,提出了任意位移下的土压力分布和合力作用点高度的计算方法。以前人模型试验为算例,将本文方法与试验结果、已有理论方法的对比表明,本文方法得到的土压力分布与试验值更接近。研究还发现,随着柔性挡墙位移量的增大,土压力合力逐渐减小,土压力分布的非线性程度逐渐增大;合力作用点位置随挡墙位移形态的变化而改变;在典型鼓胀形变位模式下,土压力呈R形分布。

淤质与粉质互层土中管桩沉桩过程的土压力

为了研究预应力空心开口管桩沉桩过程中周围土体中的土压力分析,选取杭州郊区某建筑工地进行现场试验.本次试验在试验场地内和防挤沟两侧共埋设了6组振弦式孔隙水压力计和土压力盒,并且在管桩桩端安装了一个土压力盒测试管桩沉桩过程中桩端土压力的变化情况.试验结果表明:在沉桩过程中,周围土体中的径向土压力呈先增大后减少趋势,随着深度的增加,径向土压力的影响越来越大;桩端阻力的变化与静力触探锥尖阻力的变化曲线较为相似,锥尖阻力的变化曲线相比桩端阻力表现出更为明显的波动.该试验结果能够为相关研究和设计提供参考和依据.

废弃泥浆底部真空-上部堆载预压模型试验研究

针对工程泥浆回填废弃矿坑处置的安全问题,开展底部真空和上部堆载预压处理废弃工程泥浆的模型试验,探讨该技术在废弃矿坑回填处置工程应用的可行性。试验结果表明,底部真空和上部堆载预压使得泥浆含水率显著降低及泥土的强度明显提高,处理一个月后,含水率从初始450%降低至95%~105%,体积减量达到73.4%;不排水强度由初始为0的状态提高至9.8~13.4 kPa。在初始的静置阶段,泥浆颗粒沉积存在重力分异现象,粗颗粒在底部沉积有助于缓解真空预压过程中淤堵问题。底部真空作用下,泥浆中孔隙水渗流方向并非完全一维向下,在径向存在水力梯度。处理后泥土压缩性与软土相近,渗透性优于软土。基于试验结果和大应变固结理论,考虑泥浆的自重固结以及压缩性与渗透性的非线性变化,利用有限差分法分析了单次回填厚度对泥浆层固结时间和减量效果的影响,提出了现场实施的工艺参数建议。

深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析

由于可液化砂质土应力-应变特性模拟的复杂性及数值计算的不稳定性,深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析是土坝抗震研究中的一个尚未完全解决的课题。采用u-p完全耦合的饱和多孔介质有限元分析方法和砂土多重机构弹塑性模型,对遭受M6.7级地震的国外某深厚砂质覆盖层土坝进行弹塑性地震反应分析,研究了坝体和地基的动力反应特性及其超静孔隙水压力产生、扩散和消散的变化规律。结果表明:计算得到的坝体加速度和永久变形与实测值存在一定的差异,但基本上反映了坝体加速度与永久变形的实际分布情况,从而说明采用的本构模型和计算方法具有一定的精度;由于坝体和坝基的超静孔隙水压力较小,且坝体永久变形不大,可以不对坝体和坝基进行加固处理;坝趾附近浅层地基的超静孔隙水压力较大,有可能发生液化,因此,须采取相应的抗液化加固措施。

关于“对‘黏性土的非极限主动土压力计算方法研究’的讨论”的答复

土压力计算理论研究是土力学的经典课题之一。“黏性土的非极限主动土压力计算方法研究”[1]（以下简称原文）基于黏性土的应力摩尔圆推导了非极限状态时黏性土的主动土压力计算公式，并通过已有的试验数据对比证明了公式的实用性。感谢赵琦等对作者稿件进行了细致地阅读和评述[2]（以下简称讨论文），本文将对讨论文中提出的问题进行说明。

对“改进的桩土界面荷载传递双曲线模型及其在单桩负摩阻力时间效应研究中的应用”讨论的答复

非常感谢孔纲强先生等对“改进的桩土界面荷载传递双曲线模型及其在单桩负摩阻力时间效应研究中的应用”（以下简称“原文”）的关注和讨论。现就讨论文中提出的问题进行答复,不妥之处,敬请批评指正。

非饱和土质覆盖层多组分气体运移机理研究

为研究土质覆盖层中各组分气体的运移规律,进行了土柱注气试验,并通过多组分气体运移理论对试验结果进一步分析。分析结果表明:在注入气体总流量不变的情况下,改变注入气体的组分,会显著影响土柱中各组分气体分布;多组分气体运移理论能较好地预测各组分气体的运移;表观气相渗透系数不是一常数,与气压大小相关;体相扩散是影响各组分气体分布规律的主要因素,通过改变有效二元扩散系数,调整各组分气体分布,可以提高土质覆盖层中甲烷氧化效果。

基于三维多重机构模型的土石坝地震反应分析

以Hardin-Drnevich模型和广义Masing准则为基础的三维多重机构模型,可以考虑颗粒材料的非线性和应力诱导各向异性。在有限元软件ABAQUS的平台上,开发了三维多重机构模型的UMAT子程序,实现了利用该模型进行土石坝地震反应分析的可能。利用三维多重机构模型和等价粘弹性模型,对某沥青混凝土面板堆石坝进行了地震反应分析,探讨了该坝在强震作用下的动力反应特性和本构模型对坝体动力反应的影响。结果表明,用三维多重机构模型与等价粘弹性模型计算得到的坝体动力反应有一定程度的差异,三维多重机构模型能够比较准确地模拟堆石料在地震荷载作用下的复杂应力应变关系,其计算结果可以更合理地揭示坝体的非线性地震反应特性。

ERT法监测高压旋喷修复PAHs污染现场试验研究

选用过硫酸钠(PS)作为氧化剂,微米铁/纳米铁/碳载铁/NaOH作为激活剂,通过高压旋喷工艺氧化修复多环芳烃(PAHs)污染土,利用高密度电阻率法(ERT)监测旋喷过程中土壤的电阻值分布,分析了氧化药剂在修复过程中的迁移转化规律,比较了4组药剂旋喷后48h的修复效果.结果表明:ERT准确地反映了污染修复发生的位置,最大偏差小于0.5m;电阻变化值与萘修复值呈现正相关关系,通过拟合曲线估计的污染修复值与实际修复值之间存在误差,误差为10.3%~22.6%;碳载铁粉显示出良好的稳定与缓释性能,旋喷后稳定氧化阶段延长约8h;最终预设修复区域内污染去除量:碳载铁粉组>纳米铁粉组>微米铁粉组≈NaOH组.

处置库污泥工程特性测试研究

对某填埋场污泥库中取样的污泥进行了岩土工程特性测试,包括有机质含量、含水率、界限含水率、颗粒级配、渗透系数、压缩固结特性及抗剪强度等。试验结果表明,与常规淤泥相比,污泥库中经一段时间降解后污泥有机质含量及含水率较高,平均值分别为45%和520%;污泥在历时2 a的生物降解作用下,污泥含水率、有机质含量沿深度呈较为明显的减少趋势;污泥具有极高的压缩性,压缩系数a100-200高达7 MPa-1;污泥的固结表现为非线性大变形特性,其固结系数在10-5～10-6cm2/s,比淤泥低1～2个数量级,固结系数随压力的增加而显著减少;污泥的抗剪强度参数较小,其黏聚力为0,内摩擦角为14.7°。有机质含量高是污泥高含水率、高液塑性指数、高压缩性,低渗透性、低固结系数及低抗剪强度的本质原因。以上成果可为污泥库的固化处置、稳定分析等提供必要的参数。

桩网结构路基应力传递特性及累积沉降规律

桩网结构路基由于诸多优点而成为高速公路、高速铁路广泛采用的一种路基形式。通过足尺物理模型试验研究了动、静荷载作用下的应力传递特性以及长期列车荷载作用下的路基累积沉降规律。试验表明,路堤内部的静应力先随路堤深度衰减,到达土拱区域后,桩顶上方土体的应力并没有衰减,反而随路堤深度递增,即产生明显的土拱效应。列车动荷载作用下,土拱效应仍可以发挥作用,动应力沿深度的分布模式与静载作用下类似。该种形式的桩网结构路基在40k Pa静载作用下,变形小于1mm,荷载20k Pa时,路基弹性变形小于0.4mm。该种路基在列车循环荷载作用下的累积沉降在毫米级别,并在列车运营的1~2年内完成。

渗滤液浸泡对深度脱水污泥强度和渗透性能的影响

为探讨深度脱水污泥作为垃圾填埋场覆盖材料在湿润气候区的服役性能,将杭州主城区污水处理厂处理后的深度脱水污泥分别在蒸馏水、渗滤液中浸泡一个月和两个月,测试其强度和渗透特性的变化规律,并与填埋场覆盖层常用的黏性土进行了对比。试验结果表明,相对于一般污泥,深度脱水污泥的无侧限抗压强度较高,但在渗滤液和蒸馏水中浸泡两个月后分别降低5.4%和18.9%。在蒸馏水和渗滤液中浸泡两个月的深度脱水污泥黏聚力有所降低,而有效内摩擦角提高约7.5°;在浸泡水和渗滤液后,脱水污泥的渗透系数提高约3～5倍。该深度脱水污泥应用于填埋场覆盖材料时,其强度达到城镇污水处理厂污泥填埋控制要求。