交通荷载作用下饱和软粘土孔压-应变分析模型

针对交通荷载的作用特点设计了循环三轴试验,进而对交通荷载作用下饱和软粘土的动力特件进行厂研究.结果表明:循环荷载作用下,饱和软粘土存在临界循环应力比,采用孔压曲线所得到的临界循环应力比要小于采用应变曲线所得到的临界循环应力比.当土样不存在初始剪应力时,随着循环次数的增加,土样的应力-应变关系曲线近似原点对称,但随着初始剪应力的增大,应力-应变关系曲线逐渐表现为一系列平行曲线,峰值孔压与循环孔压幅值均逐渐减少;同时,轴应变的发展加快,但循环应变幅值逐渐减小.当循环应力比小于临界循环应力比时,对于同一初始剪应力,不同循环应力比下的孔压比-动应变曲线近似集中在同一条曲线上.通过对试验数据进行回归分析,得到了交通荷载作用下饱和软粘土残余孔压-累积塑性应变关系模型.     

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。     

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。     

冲击荷载下层状饱和无粘性土动孔压发展模式研究∗

为揭示饱和无黏性土层在冲击荷载作用下动孔压发展模式及其受土层条件的影响,基于自主研制的冲击荷载加载台装置,开展了不同土层条件层状饱和土冲击试验,对动孔压发展特征及土体沉降等进行了分析。结果表明：冲击荷载作用下,无粘性饱和土体动孔压发展呈明显两阶段,即瞬态响应和稳态响应阶段,其中稳态响应阶段动孔压发展又经历缓慢下降及快速下降两过程。单层土情形下,饱和砂土在冲击荷载后动孔压发生骤增,随着粒径的增大,动孔压峰值越大,但其消散用时则随粒径的增大而减小;双层土情形下,动孔压稳态响应阶段因上下土层渗透系数变化,在其下层土动孔压下降过程产生明显变化;当含有相对弱透水夹层时,受弱透水层影响,各测点动孔压下降段几乎在同一时刻均出现明显转折平台,使其下降的速率明显变小,且该现象弱透水层以上土体较其下部土体更为显著;含夹层时,试验过程出现明显非均匀分布的“水膜”,最大厚度可达2 cm 左右。同时,每次冲击荷载下均伴随明显的土体沉降,随着冲击次数增加,土层沉降变化量逐渐减小。     

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.     

场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响

采用间接边界元法(IBEM),研究了平面SV波入射下场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响问题。充分利用半空间格林函数和全空间格林函数在分别构造含孔半无限空间域和闭合域内散射波场方面的优势,将含有衬砌隧道的层状半空间分解为含孔层状半无限空间域和一个环形衬砌闭合域。在半无限空间域孔洞边界和闭合域边界各单元上分别施加虚拟均布荷载,进而求得半空间和全空间域内的位移、应力格林函数,然后根据边界条件确定虚拟均布荷载密度,最后求得衬砌内表面动应力集中系数。验证了方法的正确性,并以基岩上单一土层和基岩上三层土为例,计算分析了层状弹性半空间中隧道衬砌内表面动应力集中系数。结果表明,随着基岩土层刚度比的增大,动应力集中系数峰值减小;随着土层厚度增大,动应力集中系数峰值总体上呈减小趋势;对于不同土层层序,动应力集中系数峰值明显不同。     

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。     

饱和粉土粉粒含量影响的动孔压发展规律试验研究

采用多功能静动液压剪切三轴仪,进行大量不同粉粒含量的饱和粉土试验。通过试验研究了不同粉粒含量对饱和粉土振动孔压发展的影响。试验在达到液化标准后继续施加动荷载,使试验结果能够模拟液化破坏严重情况下的孔压发展的完整过程。研究结果表明,不同粉粒含量的粉土其孔压发展可以用同一个改进指数函数表达式来表示,该表达式包含2个参数a,b。粉粒含量的影响主要体现在系数b上,系数b随着粉粒含量的增加而单调增加;而系数a则基本不受粉粒含量变化的影响。结果表明由该模式得到的理论值与试验值拟合得较好。     

饱和重塑黄土动力特性及残余变形规律研究

在不同固结条件下对饱和重塑黄土进行动三轴试验,探讨了饱和重塑黄土在固结排水下的动应力应变、体变、残余应变特性,以及固结不排水条件下的动孔压、有效应力路径等特性。并基于三轴试验结果,修正了残余剪应变增量、残余体积应变增量的经验公式。试验结果表明:排水条件下,动应力、围压和固结应力比变化对饱和重塑黄土的体变曲线形态和体变值有较大影响。在均压固结和偏压固结条件下饱和重塑黄土均产生较大的残余应变,围压、动应力变化对残余应变增长曲线基本上无影响。残余剪应变比增长曲线在均压固结和偏压固结时具有相同的形态,都可以用指数函数来描述;而残余体变比-振次比关系在均压固结时呈线性分布,而偏压固结时呈指数型分布。不排水条件下,随着固结应力比的增大,孔压增长曲线由明显上凸型向微凸型转变,孔压比的增长速率也随着围压的增大而减小。     

饱和南京细砂孔压增量模型的普适性研究

循环荷载作用下饱和砂土的孔压增长规律是土动力学的核心内容之一。基于笔者在给定相对密度、均等固结条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验结果建立的孔压增量模型,进一步进行了不同相对密度、不同固结比务件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验,将上述均等固结的孔压增量模型拓展为适用于不同相对密度、均等和非均等固结条件的孔压增量模型。采用拓展后的孔压增量模型对试验结果进行分析的结果表明:通过该孔压增量模型预测验证试验的孔压与验证试验测试的孔压具有较好的一致性,说明该孔压增量模型具有普适性。     

软土地下建筑物的地震响应及动力可靠性分析

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析方法的基础上,引进可靠度理论,提出软土地下建筑物抗震稳定可靠性分析方法,对上海地铁一号线位于砂性土层及粘性土层这两种典型地质条件下的地铁车站及区间隧道的抗震稳定性进行了计算分析。计算中选用国内外6条强震地震记录曲线作为地震输入,计算分析内容包括:隧道、地铁车站、周围土体及注浆材料的动应力、孔隙水压力和震陷;地铁车站和周围土体的动力可靠度。所得结论可为软土地下建筑物抗震设计提供参考依据。     

基于虚拟仪器技术的振动台模型试验98通道动态信号采集系统研制

土工结构振动台模型试验除了需采集常规的加速度、位移、应变信号外,还需采集模型场地土中振动孔隙水压力、动土压力等信号,由于同步采集的动态信号的多样性和复杂性,一般的振动台信号采集系统难以满足这样的多种动态信号同步采集要求。基于传感器融合技术和虚拟仪器技术,研发了一套适用于多种类型信号输入的动态信号同步采集系统,可实现80通道动态信号、18通道数字信号的同步采集、回放和频谱分析等功能,并具有界面友好、使用维护方便等特点。     

不同承台形式斜直交替群桩⁃土⁃结构地震相互作用特性分析∗

为研究不同承台形式斜直交替群桩?土?结构在地震互相作用, 利用FLAC^3D有限差分软件作为研究工具,采用El Centro地震波作为动荷载。分别建立了斜直交替群桩?土?结构的低承台、高承台数值模型。并对地震作用下可液化土体的孔压比变化、桩基的受力与位移、桥墩顶部的位移进行分析研究。研究结果表明：在地震作用下,土层中孔隙水压力分布是自上而下逐渐增大。振动加速度峰值时部分土体由于发生剪胀孔压出现瞬时负值。砂土层中桩基中部区域容易产生液化现象。同一模型中,直桩的最大弯矩小于斜桩的最大弯矩。在低承台模型中,直桩和斜桩的最大水平位移均发生在桩基顶端,直桩的竖向位移沿埋深是一恒值,而斜桩的竖向位移沿埋深是变化的。在高承台模型中,斜桩的水平位移沿埋深不再是单调变化,最大值发生在砂土层中。高承台模型中斜桩和直桩的竖向位移和水平位移均明显大于低承台模型桩体。两个模型的桥墩顶部最大水平位移出现的时刻基本相同。     

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。     

地下管线的有效应力地震反应分析

地下管线的地震反应与管线周围土体的动力特性以及管土之间的相互作用密切相关。在地震作用下,孔隙水压力的发展会导致土体有效应力的降低,并且影响土体的动力特性。根据有效应力方法以及土体的非线性动力本构模型,可以研究孔隙水压力的增长与消散、有效应力的降低以及土动力特性的变化。在地下管线与周围土体之间引入接触单元,来模拟管土之间的接触传递问题;通过有限单元法,对地下管线的地震反应进行了全过程地震反应分析的数值模拟。计算结果表明:在地震作用下,孔隙水压力的增长造成了土体的软化,使得土体的动力特性发生变化,因此管线的地震响应也发生了相应的变化。     

单圆双线地铁隧道基底粉细砂层动力响应分析

以南京地铁10号线过江段江北大堤附近典型截面为例,分别考虑了单线通行工况与会车8s、会车12s及会车16s3种典型会车工况,建立了隧道-土体有限元模型,分析了单圆双线隧道基底粉细砂层动力响应。结果表明,隧道基底粉细砂层加速度峰值随垂直深度增加而呈指数型衰减,到达23m深度时,4种工况加速度峰值已非常接近。基底下卧层土体最大位移随深度呈线性减小趋势,考虑各工况下各深度位置最大竖向位移,会车8s工况会车16s工况会车12s工况单车8s工况。列车动荷载所激发的粉细砂超静孔隙水压力约为静水压力的1%。粉细砂层最大超孔压随基底深度呈指数型衰减趋势。粉细砂层内最大孔隙水压力与总应力比值小于1,隧道基底粉细砂层不会发生液化。该结果可用于调控隧道控制截面位置基底粉细砂层动力响应与可液化性研究。     

液化侧扩流场地桩基动力反应振动台试验数值模拟

针对已完成的振动台试验,采用OpenSees数值模拟计算平台,建立液化侧扩流场地群桩振动台试验数值模型。该模型中,采用线弹性梁柱单元模拟桩和挡墙,采用刚性连接单元和零长度单元模拟桩-土界面。自由水体通过施加节点孔压和节点力模拟。引入多屈服面塑性本构模拟饱和砂层,采用两相完全耦合的u—p形式模拟土体位移和孔压。通过对比振动台试验结果表明,建立的有限元数值模型能够可靠地再现砂层和桩基的动力响应,进而验证数值模型的可靠性。同时,针对两个代表性时刻,分析了桩-土体系的侧向变形响应。所采用的分析方法和相关结论也为同类桩-土体系数值模拟提供一般性分析方法和思路。     

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。