考虑围压影响的湖相软黏土K0固结经验蠕变模型

利用GDS三轴试验系统,对洞庭湖结构性软土进行K₀固结下的三轴排水蠕变试验,分析洞庭湖软土的蠕变特征,基于试验结果建立适用于描述洞庭湖区软土蠕变特性的经验模型。研究结果表明,洞庭湖软黏土具有非线性蠕变特征,应力-应变关系为双曲线函数关系,Singh-Mitchell模型适用于描述K₀固结下洞庭湖区软土蠕变特性,发现模型中的归一化双曲线拟合参数与围压呈线性递增关系,在此基础上建立了考虑围压影响和固结状态的5参数修正Singh-Mitchell模型,模型适用范围广,能更好地描述湖相软黏土的蠕变特性。     

吹填泥浆固化土蠕变及长期强度特性研究

利用GU型号粉末固化剂对天津临港工业区的吹填泥浆进行固化,对固化后的吹填泥浆固化土进行不同围压下的蠕变试验。结果表明,泥浆固化土蠕变历时曲线整体态势与一般结构性软土相似,但又有明显特征,其瞬时变形较大,衰减过程很短;蠕变等时曲线均存在明显拐点,拐点前后曲线刚度发生变化,表明固化土具有较强结构性且此点对应的应力为结构屈服应力。此外,t=0h的等时曲线离散性较强,其他时间点曲线具有明显一致性,表现出固化土结构性材料的特点。基于蠕变等时曲线,结合应力-应变的双曲线关系,引入时间参量t,建立了能够反映泥浆固化土蠕变特征的预测公式。同时,利用蠕变等时曲线,构建了泥浆固化土长期强度预测关系式,并求得固化土长期抗剪强度指标值。     

结构面长期强度确定方法对比研究∗

结构面长期强度的确定对工程岩体长期安全稳定性评价具有重要意义。在对水泥砂浆结构面试件分别进行了不同法向应力条件的剪切应力分级剪切蠕变试验和循环剪切应力松弛试验的基础上,分别利用过渡蠕变法、应力-应变等时曲线法和应力松弛法对结构面的长期强度进行了求解。结果表明:过渡蠕变法确定的长期强度精度依赖于蠕变试验中加载应力级的划分;等时曲线法将长期强度值视为考虑时效作用的屈服强度值,结果偏保守;应力松弛法考虑了循环加载条件应力松弛的终止条件和长期强度之间的关系求得,结果合理明确。该研究对考虑时效作用的工程岩体安全稳定性支护提供设计依据。     

初始剪应力对饱和软粘土静、动力学性能影响——试验研究

通过静、动三轴试验,研究了初始剪应力对软粘土应力-应变关系、应力路径、孔压和强度的影响.研究结果表明,随着初始剪应力的增大,动应变和孔压增大,土体将在较小的循环次数下发生破坏.以转折应变为破坏标准,得到了不同初始剪应力下软粘土的动强度曲线;随着初始剪应力的增大,土体动强度减小.当不存在初始剪应力时,动强度随破坏循环次数的增多而衰减得较快,当初始剪应力较大时,其衰减缓慢.     

循环荷载下温州超固结软土动强度与变形分析

通过循环三轴试验对循环荷载作用下温州超固结软粘土的动力特性进行了研究.重点分析正常固结、轻超固结和强超固结软粘土在循环荷载作用下动应力、孔压及轴应变随循环次数变化的规律.研究结果表明,循环荷载作用下超固结软粘土将产生负孔压.对于轻超固结软粘土,负孔压将发生转向;而对于强超固结软粘土,孔压始终向负孔压方向发展.随着超固结比的增大,土体的动应变累积速度减慢,转折应变随之减小,而临界循环应力比随之增大.随着超固结比的增大,土体的动强度增加.与正常固结比相比,超固结软粘土的动强度曲线更平缓,强度衰减速率更小.     

先动后静荷载联合作用下结构性软粘土力学响应

为研究结构性软粘土在先动后静荷载作用下的力学响应特性,利用动静扭剪仪对天津滨海结构性软粘土进行了不同动应力幅值和波形的循环荷载作用,当动力累积塑性应变达到不同控制值后,再对土样进行静力三轴剪切试验。试验结果表明,在循环荷载作用下,累积塑性变形不断增大,土体结构破损加剧,随着先期动应力幅值和累积塑性应变的增大;之后,静力三轴应力应变关系曲线由应变软化型逐渐变为硬化型,其区分界限(1.25%)即为结构屈服应变;以结构屈服应变为分界点,相同围压下静力破坏应力随累积塑性应变的增大呈先快后缓的下降趋势。     

高层建筑风致疲劳分析中的钢材强度退化模型∗

全寿命周期内风荷载长期作用下,钢结构中的钢材和节点将出现不同程度的累积损伤。风致疲劳损伤后结构的抗震能力必然发生相应变化,而疲劳累积损伤条件下的材料和节点剩余力学性能模型,是准确开展损伤后结构抗震性能评估的关键。鉴于此,通过贝叶斯理论,建立基于物理机制的钢材强度退化模型分析方法。首先,收集高周疲劳预损伤钢材强度退化的试验数据,并选取常用的强度退化模型,通过贝叶斯更新准则确定了退化模型参数的后验估计值。其次,基于钢材强度退化模型,给出了确定风致疲劳劣化焊接梁柱节点弯矩和转角骨架曲线的分析方法。结果表明：(1)疲劳累积损伤条件下的传统钢材强度退化模型离散性大,且缺少必要的数学和物理依据,而基于贝叶斯理论的强度退化模型可有效弥补这一缺陷;(2)相同试验数据,不同强度退化模型得到的结果差异性较大,且不存在普遍适用的最优模型。通过贝叶斯理论建立的钢材强度退化模型,可有效考虑材料型号、试件尺寸、疲劳荷载模式和加载机制等多种因素对试验结果的影响,且可借此反映风致累积损伤对结构性能退化的影响,有助于提高风致疲劳损伤后高层钢结构建筑地震风险评估结果的可靠性。     

海相结构性软黏土地基的沉降特性研究

通过室内试验获得了海相结构性软黏土的初始屈服面;考虑不同埋深处地基土的初始结构屈服面之间的相似性规律,应用结构性本构模型,结合工程实测数据,对海相软黏土地基土体屈服与地基沉降之间的关系进行了研究。结果表明,结构性本构模型能够较好地模拟海相结构性软黏土地基的沉降变形;结构性土地基的土体屈服是由浅及深逐步发展的,虽然存在低荷载时沉降小、高荷载时沉降大且呈非线性增大的现象,但这是渐变的过程,沉降量—时间—填土高度曲线上不能确定显著的转折点,通过观察沉降曲线的转折点来确定临界填土高度的方法将难以实现。     

基于动强度试验确定饱和砂土弱化参数的方法∗

对于可液化土层,若土体发生液化则认为土体强度完全丧失;而对于没有发生液化的土层,一般不考虑超孔隙水压力对土体强度的影响。实际情况下,具有超孔隙水压力的饱和砂土在地震荷载作用下强度会发生弱化,以往对于可液化土层中桩土相互作用问题的研究都是针对土体完全液化的情况展开的,忽略了液化过程中超孔隙水压力对其强度的影响。通过竖向-扭转双向耦合剪切仪对福建标准砂进行循环扭剪动强度试验,结合MohrCoulomb强度理论,计算得到不同孔压比下饱和砂土的弱化参数,并根据有效应力原理建立了弱化状态下土体弱化参数与孔压比之间的数学关系。结果表明:液化过程中超孔隙水压力对土体强度弱化的影响可以用土体弱化参数来表示;孔压比越大,土体强度弱化越严重,相应的弱化参数也越小,反之则越大。     

库水位初次升降对卧沙溪滑坡粉质黏土蠕变特性的影响及其变形规律研究

以卧沙溪滑坡为研究对象,通过对该滑坡滑带土的原状土样及干湿循环处理试件进行三轴蠕变试验,分析其蠕变特性,分别建立了Merchant模型、Burgers模型和西原模型并对比分析三种蠕变模型的拟合精度;此外,基于FLAC 3D内置代码简化Burgers模型对卧沙溪滑坡变形及长期稳定性作出预测。结果表明：干湿循环会造成土体承载能力降低,蠕变变形增大,达到稳定的时间变长,且土体衰减蠕变初始阶段的应变速率增大;偏应力水平对蠕变特性的影响体现在低应力下土体经历瞬时变形,衰减蠕变和稳定蠕变阶段,中应力下和高应力下经历瞬时变形,衰减蠕变和等速蠕变阶段;Burgers模型较适用于卧沙溪粉质黏土,且自重影响下的滑坡滑体的蠕变变形主要集中在中上部凸起区域,应加强对该区域的防护。     

膨胀土非线性蠕变模型研究

通过对南宁膨胀土的三轴压缩蠕变试验,研究了该膨胀土的非线性蠕变特性。基于流变力学和分数阶微积分理论的蠕变模型,构建了可反映膨胀土非线性流变特性的本构方程和蠕变方程。为了更好地描述膨胀土的非线性流变行为,通过引入考虑应力水平影响的类粘滞系数,进一步改进了软体元件。研究发现,膨胀土的非线性蠕变过程可以通过调整分数阶次β1和β2进行有效地模拟。研究结果表明,所建立的模型能完整地描述膨胀土的粘-弹-塑性变形,且模型分析结果与试验结果非常吻合,为计算膨胀土地基在长期荷载作用下的变形提供了理论依据,也对进一步探索膨胀土的应力松弛和长期强度等流变特性具有理论意义。     

软土层地连墙施工对邻近浅基础房屋影响研究

以深厚软土层地下连续墙施工对邻近浅基础房屋的影响为研究对象,采用数值模拟计算房屋长期沉降,并与实测值对比分析,通过房屋不均匀沉降引起的结构内力变化,判断房屋安全性。结果表明:(1)房屋长期沉降由地连墙成槽土体损失、超孔压消散土体固结和土骨架蠕变引起的,其沉降是长期的;(2)房屋的沉降主要为工后沉降,施工阶段房屋沉降较小,仅为455 d沉降量的15%,软土变形有较大的滞后性;(3)软土层中地连墙施工引起的房屋沉降,在施工阶段采用HS硬化土模型,工后采用SSC蠕变模型,模拟计算结果与实测值较为接近;(4)剪应力最大值主要集中在沉降较大部位附近,部分横墙剪应力超过砂浆抗剪强度,需要对相应墙体进行加固。     

交通荷载作用下非饱和土的动力特性试验研究

通过泥浆固结法制备大量均一试样,基于改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪进行了动三轴试验,研究了非饱和粉质粘土在交通荷载长期作用下的动强度和变形特性,同时分析了在饱和条件下反复干湿循环对其动强度的影响。结果表明:基质吸力的增加提高了土体抵抗变形的能力,相同动应力及振次条件下,土体的累积塑性应变随着基质吸力的增加而减小;土体的临界循环动应力以及动强度随着基质吸力的增加而增大,但动强度随基质吸力增加而增大的速率随基质吸力的增加而减小;干湿循环对粉质粘土的动强度有显著影响,使得土体的动强度提高。     

振动频率对饱和软粘土相关性能的影响

通过循环三轴试验研究，振动频率对软粘土应力-应变关系、孔压、动强度以及动模量的影响。以转折应变为破坏标准，得到了不同振动频率下软粘土的动强度曲线。随着振动频率的增大，土体动强度增大，但当振动频率大于2Hz后，动强度的增幅减小。随着动应变的增大，动弹模量逐渐减小；频率越低，相同动应变下的动模量越小，频率越高，动模量越大。     

高温蠕变对钢柱抗火性能的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显的蠕变变形,从而对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。目前的结构抗火研究很少考虑蠕变的影响,为了研究高温蠕变对钢柱抗火承载力的影响,引入钢材高温蠕变参数,采用ANSYS有限元程序建立钢柱的抗火分析模型,分析了考虑高温蠕变影响的钢柱抗火性能。采用钢柱的抗火试验数据对有限元模型进行验证,两者吻合较好。利用验证过的有限元模型分析了考虑蠕变效应后钢柱的多个参数对其抗火承载力的影响,并与现行多国规范的钢柱抗火承载力进行了对比。研究表明:考虑蠕变后能更准确地预测钢柱的火灾行为,蠕变对钢柱的抗火性能产生较大的影响。现行规范中钢柱高温承载力的计算结果偏于不安全。     

风振响应风电机组基础-土体结构蠕变稳定分析

风致灾害对陆上风电机组运行已造成重大威胁,从风电机组地基基础结构的力学条件出发,根据风机系统各组件的强度差异性,结合塔筒-基础-地基界面特性和边界条件,建立了基础-土体结构粘性阻尼二自由度系统受迫振动的振动模型、振动方程、上弯下剪振型特征及频率型特征方程式,获得了风机基础-土体的多个固有频率解析式,还得到了基础顶部风致剪力和风致弯矩的解析式。依据风振响应地基土体的加速蠕动变形特征,运用土体的Mohr-Coulomb塑性屈服条件,构建了能反映土体加速蠕变的非线性西原蠕变模型、非线性粘滞系数和粘弹性及粘塑性速率控制方程,提出了风振响应土体加速蠕变破坏的时间,还进一步得到了风振响应土体蠕变的运动方程和基础底部最大附加应力。结合算例验证:考虑风振作用和地基土体蠕变效应风机结构的垂直位移变化率最为显著,且基础-土体结构还呈现出弯剪、压剪、剪切破坏形态,因此必须对风电机组基础-土体结构界面、持力层浅表层土体、基础顶部主风向区域等范围进行及时加固,这为风电机组地基基础加固设计的理论研究和实践提供有益参考。     

土体强度分区各向异性对边坡稳定性影响研究

土体强度各向异性的空间分布会随边坡受力状态变化出现一定程度的重新调整。文中以石人足成层土边坡工程为研究对象,首先,根据土体最大主应力方向角以及土层几何特征进行初始分区划分,并结合数值分析结果确立各向异性强度参数方程,计算各分区土体强度参数;其次,根据计算结果对初始分区进行即时调整,确定调整后的耦合分区并再次计算其土体强度参数;最后,考虑土体强度各向同性和分区各向异性,建立了流固耦合数值计算模型,研究了边坡体渗流、位移和应力的演化特点,确定了加固前后边坡稳定性系数,分析了该边坡工程采用挡土墙和抗滑桩联合加固的效果。结果表明：考虑分区各向异性计算所得边坡平均应力最大值大于各向同性,但其渗流域和流速均小于后者;考虑分区各向异性时,坡体位移理论计算结果与现场监测结果更吻合。     

冻土蠕变特性研究现状及展望

对目前冻土蠕变试验研究和模型研究的研究成果进行了总结。从微观蠕变试验和宏观蠕变试验两方面对冻土蠕变的试验研究进行介绍。分经验模型、流变模型和一般的应力-应变-时间模型对冻土蠕变本构模型研究进行分析总结。从试验研究和本构模型研究两方面介绍冻土的动蠕变研究进展。同时,也介绍了冻土与桩基之间冻结强度的研究。目前,冻土蠕变研究大都集中在短期冻结强度,尤其缺乏桩土之间蠕变变形及长期强度的相关研究。随着未来冻土区铁路、公路建设以及民用建筑等级的提高,桩基础将越来越多的被应用。为优化冻土区桩基的设计,在当前有必要加强冻土区桩基蠕变特性的研究。     

草根加筋土渗透性和强度试验研究

通过重塑素土与草根加筋土的三轴渗透剪切试验,分析草根对土体渗透性和强度的影响。结果表明:渗透对素土和草根加筋土的强度均具有弱化效应,弱化幅度随水力比降的增大而提高,但围压的增大可以缓解该弱化作用;重塑素土和草根加筋土的内摩擦角随水力比降的增大变化规律不明显,而粘聚力随水力比降的增大呈明显的降低趋势;通过渗透工况下重塑素土和草根加筋土粘聚力及破坏强度的对比,得出根系的存在可以有效提高土体抵抗渗透破坏的能力;考虑渗透对草根加筋土强度破坏的临界深度随水力比降的变化关系为幂函数形式。     

含水量对滑带土强度变形参数及滑坡稳定性的影响

滑带土含水量的变化对其强度和变形参数有较大影响,并且影响滑坡稳定性,三峡库区涉水滑坡受库水位变化与降雨影响,滑带土含水量处于不断变化中。以三峡库区万州区三舟溪滑坡滑带土为例,运用非饱和土力学理论,分析土体抗剪强度指标与含水量之间的关系;采用不排水快剪试验、压缩试验、X射线衍射分析及电镜扫描技术,揭示滑带土的矿物组成和微观结构,不同含水量滑带土的抗剪强度指标及边坡稳定性变化规律。结果显示:滑带土含有大量的蒙脱石粘土矿物,具有较强的亲水性,矿物具有明显的定向排列,矿物间微裂隙和微孔隙发育;含水量的变化对滑带土的抗剪强度、变形模量、稳定性影响较为敏感,以最优含水量为分界点,随着含水量的增大,粘聚力c先增大后减少,内摩擦角φ先缓慢减少后快速降低,变形模量先快速降低后缓慢减少,边坡稳定性系数先增大后减少,潜在滑动面位置先变深后变浅。研究结果对滑坡稳定性研究及治理工程设计具有指导意义。