非饱和土体变试验研究及其在地面沉降中的应用

地下水位降低将导致非饱和土体中净平均应力和基质吸力发生变化,从而引起土体体积变化。针对重塑非饱和砂土、粉土、黏土和软土,结合土水特征曲线和收缩曲线,考察了土体在干燥收缩过程中基质吸力与孔隙比的关系;运用固结曲线分析了土体在经受净平均应力下的变形特性。基于试验结果,根据Fredlund弹性体变本构模型估算了不同的地下水位降低情况时非饱和土区域的沉降量。结果表明,在总沉降量中非饱和土区域的沉降量是不可忽略的,随着地下水位的降低,非饱和土区域的沉降量在总沉降量中所占比例逐渐增大。     

热弹塑性土体本构模型及在多场耦合数值模拟中的应用

采用热等效应力的概念,提出一种新的热弹塑性饱和/非饱和土本构模型,其在正常屈服面以内仍然会发生塑性应变。该模型通过以饱和度和土骨架应力为状态变量,能够统一描述饱和、非饱和土体的热力学特性;还采用上下负荷面概念,考虑了土的结构和超固结发展特性。所提出的本构模型可以很好地展现饱和/非饱和土体在不同温度条件下固结压缩实验和三轴实验中的压缩和应力应变特性。将该模型导入土-水-气-热多场耦合有限元分析中,利用有限单元一有限差分法模拟了深层软岩加热高温试验。计算结果与试验结果吻合得很好,验证了所提出的本构模型与多相场耦合有限元方法的准确性,可尝试将其用于地热能开发与土体热力学特性的研究和模拟。     

路堤荷载下带桩帽刚性桩复合地基桩土应力比分析

路堤一般由填土、碎石等散体材料组成,刚性桩复合地基中,桩土刚度差异较大引起的桩土间沉降差异,会导致路堤内部出现相对竖向位移。通过路堤填土的受力平衡分析,根据桩土差异沉降,求解出桩帽和桩帽间土体的应力分配,并结合桩帽下应力分配得出桩身应力,最终求解出桩土应力比及桩的荷载分担比例。工程实例监测结果验证了文中计算公式的适用性和可靠性。通过分析计算结果和实测结果,得出了一些路堤荷载下刚性桩复合地基的承载规律,可供理论研究和工程设计参考。     

基于不同结构强度软粘土长期强度特性研究

天然软粘土一般具有结构性,土的结构性反映其内部颗粒孔隙连结及空间组合,决定了土体的物理力学效应,是软粘土长期强度的重要内在影响因素。为研究结构性强弱不同对软粘土长期强度特性的影响,人工制备含水率相同而结构强度不同的土体,对其进行三轴不固结不排水蠕变试验。试验结果表明,软粘土由于存在结构性,其长期强度具有明显差异。通过对不同结构强度土体蠕变等时曲线进行分析,建立了考虑结构强度影响的软粘土长期强度经验模型。利用本文建立的经验模型,以结构屈服应变(1.9%)作为人工结构性软粘土蠕变变形的破坏准则,结果表明预测值与试验值较为吻合,验证了本文建立的考虑结构强度影响的土体长期强度预测关系式的合理性。     

短桩桩⁃网复合地基荷载传递规律及变形特征研究∗

为探索中低压缩性土短桩桩-网复合地基荷载传递规律及变形特性,依托赣龙(赣州-龙岩)高速铁路工程背景,借助现场测试数据,分析路堤填筑过程中桩—土应力/荷载分担比、地基沉降及侧向变形规律.结果 表明:短桩桩-网复合地基能够有效传递上部附加应力至桩端土层,土压力对上部荷载变化敏感度小于高压缩性软土桩-网复合地基;稳定时桩—土荷载分担比约为50％,桩与土同时发挥承载功效较好;地基沉降在填筑期达到占总沉降90％,侧向变形沿深度呈"弓"型分布,最大侧向变形25 mm,约为高压缩性软土桩-网复合地基60％;桩—土应力对上部荷载变化敏感性高于地基沉降,可依桩—土应力比变化判别地基沉降状态,达到评判工后沉降控制效果目的 .     

大直径单桩水平循环弱化有限元分析

处于复杂海洋环境下的大直径单桩基础需要承受波流等长期水平循环荷载作用,建立能反映其循环弱化特性的有限元分析方法尤为重要。为此,采用非线性运动硬化准则和饱和软黏土循环弱化模型描述土体循环加载时的滞回特性和强度弱化,并建议了模型参数的选取方法。为验证该本构模型在分析桩土循环弱化时的有效性,先将大直径单桩循环加载有限元模拟结果与离心试验结果进行对比。并进一步研究了循环位移幅值、弱化参数对于大直径单桩基础桩顶反力弱化的影响。     

条形荷载下三明治形加筋土挡墙的变形特性分析∗

为了研究条形荷载作用下三明治形混合填土方式对加筋土挡墙变形特性的影响,采用 FLAC3D建立了数值计算模型,分析了三明治形加筋土挡墙的黏土弹性模量 E1、砂土弹性模量 E2、砂土厚度 d、筋材长度 L 以及荷载距面板距离 D 对挡墙变形特性的影响。结果表明：相对于加筋黏土挡墙,三明治形加筋土挡墙变形大幅减小,减少其墙顶沉降约 32%,减少面板位移约 44%;其土压力分布规律为墙后水平土压力大体上随填土深度的增加而增大;适当增大黏土弹性模量有利于减小挡墙顶面差异沉降;砂土存在一个最优弹性模量,使得面板水平位移最小;三明治形加筋土挡墙存在一个最优砂土厚度,使得三明治加筋土挡墙工作性能最佳;当 L/H≥0.7 时,继续增加筋材长度或当 D/H≥0.3 时,继续增大荷载距面板距离对挡墙影响相对较小。     

太阳能热排水固结模型试验研究

太阳能热排水固结技术是利用太阳能对软土地基进行加热,再结合竖井排水固结,由此达到提升软基处理效果的目标。为检验该技术加固效果,开展竖井地基排水固结模型试验,对比测试常规堆载预压和太阳能热排水固结加固软基的沉降和孔压发展规律,结果发现：太阳能在模型地基中形成温度场,使地基土温度平均上升了 15 ℃; 太阳能循环变温引起土中孔压波动,其幅度达 10 kPa;太阳能加快了软土地基排水固结过程,使模型地基土体固结系数提升了 1.54 倍,土层固结度达到 90% 所需时间减少 34%;太阳能加热还使模型地基最终沉降增大 12%,这对于加速软基沉降稳定、减小工后沉降有积极意义。     

轨道交通荷载作用下EPS颗粒轻质混合土的动力特性研究

EPS处理软土地基具有的独特优越性已逐渐引起学界的重视。基于GDS空心圆柱扭剪试验和ABAQUS有限元数值模拟,进行了轨道交通荷载作用下EPS颗粒轻质混合土的动力特性研究。研究表明:EPS颗粒体积配比Ve/Vs、初始平均有效固结压力p0、初始固结应力比R0、初始中主应力系数b0和初始大主应力方向角α0这5个因素对最大动剪切模量和参考剪应变有明显的影响,但归一化的G/G0—γ/γr曲线基本不受以上试验变量影响;数值模拟结果显示,采用非线性动力本构模型计算得到的EPS混合土路堤中的应力比弹性本构的计算结果大,且剪应力随深度的增加衰减更快。该结论可为EPS颗粒轻质混合土在软土地区的应用提供参考和理论支持。     

考虑非达西渗流的天然结构性软土大应变非线性固结

天然软黏土的结构特性、大应变特性及低水力坡降下软黏土中的非达西渗流已渐被熟知。但同时考虑天然软黏土结构特性和非达西渗流的软黏土大应变固结理论仍鲜有报道。考虑非达西渗流和天然软黏土的结构特性对固结性状的影响,在拉格朗日坐标系中建立变荷载下软土一维大应变固结模型,并获得其有限差分数值解。在此基础上,与非达西定律下不考虑结构特性影响的软黏土大应变固结解对比,分析验证本文解的可靠性。最后,着重分析了非达西渗流、天然软土结构特性及外荷载对软黏土大、小应变固结性状影响的特征。结果表明:非达西渗流下土的固结速率相对于达西渗流延后,且非达西渗流参数越大固结速率延缓越明显,但其对土层最终沉降值无影响。相同非达西渗流参数下大应变固结速率快于小应变固结速率,但非达西渗流参数并不影响大、小应变固结速率的差异。当外荷载小于天然软黏土结构屈服应力时,土层在荷载作用下应变值较小,大、小应变固结速率的差异可忽略;随着外荷载的增加或结构屈服压力的减小,土层应变值逐渐增大,大、小应变固结速率的差异越明显。     

原有路基荷载作用对加宽工程路基沉降变形的影响分析

基于工程实例和数值模拟,分析了高速公路加宽工程中,原有路基荷载作用引起的软基性质改善对路基沉降变形的影响机理。研究表明:新、老路基的沉降变形均受软基性质改善的影响;软基性质改善改变了新路基荷载在老路地基中引起的附加应力分布,这种附加应力的改变也对老路基的沉降产生影响,而传统的计算方法不能考虑附加应力的变化对沉降的影响;对比考虑与不考虑老路基荷载作用的影响,新路基的沉降量会不同,这种沉降差异随路基高度、新路基宽度以及软基厚度的增加而逐渐增大,但老路基的沉降差异只受软基深度的影响。     

分级加荷条件下公路软基路堤沉降的预测方法

软土地基上修筑路堤多采用分级施工的方法。在传统双曲线沉降预测法的基础上，提出了软土地基上路堤分级施工情况下沉降预测的一个新模型，该模型考虑了土的非线性特性和固结性质随荷载的变化，可实现尽早预报沉降的要求。通过工程实例验证了所提模型的适用性。     

合肥盾构地表沉降和土压力变化模型试验

盾构开挖穿越不同性质的土体时,地表沉降规律和土压力变化规律均会发生改变。以合肥地铁盾构施工为背景,采用合肥地区典型砂土和黏工作为试验材料进行模型试验,探究盾构开挖情况下两种土质的地表沉降和土压力变化规律。结果表明:与黏土相比,砂土对开挖扰动更加敏感。开挖后砂土的沉降和土压力变化较快,土体在更短的时间内恢复稳定,同时砂土模型中相邻沉降测点测得的沉降值相差较大,最终的沉降槽起伏明显。而黏土的沉降和土压力变化较慢,最终的沉降槽较平缓。对两种土质还均有如下试验结果:开挖阶段的沉降值占总沉降值的比例基本相同,四个阶段中土压力减小速度和沉降速度呈现相似的规律,最大沉降值出现在先开挖侧而最大沉降速度出现在后开挖侧。     

路堤荷载下水泥土桩复合地基沉降理论计算

基于路堤荷载下桩土非等应变条件和考虑了桩土相互作用、桩间土竖向与径向位移、桩土侧面产生相对滑移以及桩侧产生负摩阻力等特点的复合地基桩间土竖向变形模式,推导了水泥土桩复合地基桩间土沉降的理论计算公式,并以桩土单元体范围内的桩间土平均沉降值作为复合地基沉降,进一步推导了水泥土桩复合地基总沉降量、下卧层压缩变形量的理论计算表达式(两者之差即为加固区压缩变形量)。理论分析表明,复合地基加固区压缩量小于同深度天然地基压缩量,复合地基下卧层压缩量小于天然地基下卧层压缩量,复合地基总沉降量小于天然地基总沉降量。同时,理论计算结果与有限元计算结果以及现场实测结果三者比较一致。     

原有路基稳定性对高速公路加宽工程的影响分析

通过数值模拟,结合高速公路加宽工程实例,分析了在原有路基未固结稳定情况下新老路基的固结沉降变形特性,并对可能的处理方法进行了分析探讨。结果表明,新老路基的沉降随着老路固结度的减小而逐渐增大,但差异沉降却逐渐减小;当老路固结度较小时,在固结后期差异沉降可能逐渐减小;轻质路堤法和复合地基法分别处理新路地基时,各有优缺点,轻质路堤法对老路附加沉降影响较大,但能较好地控制不均匀沉降,复合地基法对老路附加沉降影响很小,但在老路固结度较低时,差异沉降较大。     

现浇X形桩复合地基拓宽高速公路路基沉降计算方法研究

软土路基沉降计算是高速公路拓宽工程中的重要课题。以南京长江四桥南接线栖霞互通312国道拓宽段采用现浇X形桩处理的软基路段为背景,推导出现浇X形桩拓宽路基的附加应力和沉降计算方法,采用附加应力叠加的方式计算拓宽新路堤引起的附加应力,在沉降计算中引入充盈折减系数以反映异形桩的截面效应,建立了现浇X形桩拓宽路堤的沉降计算简化公式。分析了全部路堤、老路堤和新路堤下附加应力和沉降分布规律并与现场监测结果进行对比,对拓宽工程沉降的主要影响因素进行了讨论,分析了不同拓宽宽度和坡比下附加应力及沉降分布规律。     

上海粘土流变性质及地面沉降问题初步研究（一）

报导了作者早先时候所做的有关上海地区粘土流变性质实验研究结果和地面沉降问题的初步分析,简要评述了当时已有的有关文献,介绍了试验方法,并指出了试验中有重要影响的问题,给出了一些详细的试验结果,发现瞬间塑性变形间性变形还大,不容忽视。     

复合加筋排水褥垫软土路堤排水设计方法

复合加筋排水褥垫是针对沿海缺砂地区开发的一项可取代水平排水砂垫层、具有水平排水与加筋作用的新型专利技术。本文介绍了复合加筋排水褥垫的性能指标,给出了复合加筋排水褥垫软土路堤排水设计方法,并将复合加筋排水褥垫与水平排水砂垫层的排水性能进行了对比分析。算例结果表明,复合加筋排水褥垫能满足软土路堤排水要求,其排水性能要明显优越于水平排水砂垫层。