海积软土固结变形的结构性模型研究

土结构性模型是21世纪土力学学科的核心问题。基于海积软土一维固结蠕变的宏观力学性状与微观结构定量分析相结合的方法,提出了软土在外荷作用下微观结构的演变模式,由此建议了一个含结构参数的固结变形本构关系。用试验资料和工程实例进行了初步验证,表明所建模型可以预测多级加载条件下海积软土的变形规律。     

太湖第四纪沉积区土体荷载响应的效应综合特征

土的微结构对土的力学行为机制起着至关重要的作用,对太湖第四纪沉积区典型软土进行单向压缩试验,利用扫描电子显微镜(SEM)所得的照片研究软土在不同固结压力条件下的微结构大小、形状、定向性等微结构参数,分析其变化规律.研究表明,随着固结压力的增加,结构单元体不断变大,集合体的形状在垂直于压力的方向变长,结构单元体的定向性有所提高但不显著;孔隙分布分维呈下降趋势并逐步稳定.采用电镜扫描仪(SEM)对在复杂应力路径作用下剪切前后的黏土样进行微观观察,并从剪切前后孔隙排列、孔隙形态、孔隙尺度变化特征3个方面分析宏观试验原状软黏土归一化抗剪强度各向异性的微观本质.阐述了淤泥类软土的微观结构对其工程性质的重要影响.从泥炭的微观结构分析入手研究了泥炭的性质及特点(包括含水性质、强度性质、固结及次固结性质).讨论了海积软土在固结、剪切作用下微观结构的变化,阐述了海积软土力学行为的本质.通过室内一维固结蠕变试验系统研究分析了次固结系数与固结压力、时间及压缩指数的关,揭示了太湖第四纪沉积区软土的次固结特性.利用扫描电镜试验( SEM)和X射线能谱仪对软黏土中常见的微量元素进行测定,计算其相对百分比并分析了该土的矿物成分和微观结构组成.实验结果表明,该黏土主要以高岭石、埃洛石(伊利石)、水云母(蒙脱石)为主(其中硅为其主要成分,局部的矿物组成有稍许不同).     

基于固结理论和蠕变模型的软土固结蠕变理论

通过分级加荷的方式对天津滨海新区经过真空预压处理后的软土进行一维压缩蠕变试验.根据试验所得到的成果,在Terzaghi一维固结理论的基础上,用修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型建立了一个新的一维固结微分方程.该方程以一维压缩蠕变试验中所获得的土体力学指标作为计算参数,考虑了软土在主固结阶段结束后所产生的蠕变变形.利用该方程对不同深度和不同应力水平下的试样进行固结和蠕变计算,计算结果与试验结果很接近,表明该方程能够充分反映软土的应力、应变和时间的关系,适用于天津滨海新区的吹填软土地基.     

软土蠕变-固结的耦合效应研究评述

根据软土蠕变和固结的理论，对其耦合效应的研究现状做了综述，其中也简要论述了土的蠕变特性、土体流变本构模型、土的固结理论等方面的内容，最后对于进一步的研究提出了一些基本思路．     

排水条件下吹填软土蠕变特性

为深入了解排水条件下吹填软土的蠕变变形和黏滞特性变化规律,对沿海地区软土地基的长期沉降进行合理预测。以天津滨海吹填软土为研究对象,利用三轴流变仪开展一系列的蠕变试验,分析不同排水条件、围压、固结比和初始静偏应力对其蠕变变形的影响,并在此基础上探讨排水条件下黏滞系数的变化规律,构建相应预测模型,同时,利用试验数据对计算结果进行验证。最后给出排水条件下考虑围压和时间等因素吹填软土蠕变变形的预测公式,构建不同蠕变变形阶段黏滞系数的预测模型,并验证模型的可行性。研究结果表明：排水和增大围压、固结比均可有效弱化吹填软土的蠕变效应,初始静偏应力的影响则存在临界值,小于该值时,蠕变变形减小,反之,蠕变变形明显;排水蠕变过程中黏滞系数随围压和固结比的增大而增大,且在小偏应力作用时,呈指数增长趋势,大偏应力作用时,增长幅度近乎线性且速率缓慢,而随初始静偏应力的增大而近乎线性减小;不同蠕变变形阶段,黏滞系数的表现存在差异性,其中线性黏弹与线性黏塑阶段,黏滞系数仅为时间函数,而非线性黏塑阶段,黏滞系数同时为时间和应力函数。研究成果可为吹填软土场地施工提供参考。     

软土地基沉降蠕变-固结有限元分析及应用

对软土蠕变-固结特性、计算模型、模型数值求解法进行研究,采用改进的Merchant模型和参数确定方法,编制非线性黏-弹性固结模型有限元计算程序.利用该程序对深港西部通道一线口岸软土地基沉降计算进行蠕变-固结有限元分析.计算结果与实际观测资料比较吻合.     

考虑蠕变特性的软土路堤沉降有限元分析

高速公路软土地基的工后沉降很大部分来自软土的次固结沉降,因此采用有限元计算工后沉降有必要考虑软土的蠕变特性。利用Plaxis软件对揭普高速某断面软土地基路堤填土施工进行数值模拟,通过等效渗透系数将砂井地基简化为天然地基进行计算,考虑软土蠕变特性,采用软土蠕变(SSC)模型,结合B iot固结有限元,计算施工期沉降和工后沉降,得到与实际较相符的结果。     

南京河西地区软土压缩蠕变特性试验研究

研究软土的压缩蠕变规律对于软土地区各类建筑物的长期稳定性和运行安全性十分重要.利用单向固结仪,进行不同荷载条件下南京河西地区软土压缩试验,获得了软土在单向压缩条件下应力与应变关系及应变与时间关系,试验结果表明:南京河西地区软土在单向压缩条件下的应力应变关系可用双曲线函数进行模拟,并且可用割线模量法概化应力应变关系;此外根据不同加荷条件下的蠕变试验结果,得出南京河西地区软土具有非线性蠕变特性;可用对数函数描述软土蠕变规律.研究结果可为南京河西地区软土地基的沉降和工后沉降计算提供依据.     

应力历史对软黏土蠕变特性的影响

在采用一维蠕变试验探讨应力历史对软黏土蠕变特性影响的基础上,利用有限元法对一维蠕变试验进行数值模拟,并分析不同计算参数对计算结果的影响.试验结果表明:软黏土的应力历史影响其蠕变特性,随着超固结比的增加,软黏土的固结系数增大,而次固结系数减小;应变速率随着超固结比的增加而减小,在双对数坐标系下次固结阶段的应变速率与时间近似呈线性分布,其斜率随超固结比增加而减小,正常固结土的斜率大约为1.0.数值模拟结果与试验结果的对比表明,软土蠕变SSC模型可以较好地模拟软黏土的一维蠕变特性.     

与应力相关的软土蠕变本构模型的建立和应用

天津滨海地区软土层深厚且沉积时间短,故蠕变特性显著,修建于其上的各类型建筑物沉降历时时间长,准确预测地基的最终沉降量成为工程设计的难题.针对天津滨海软土开展了一系列三轴固结蠕变试验,得到了不同围压与应力水平下的应变-时间曲线.提出了与围压和应力水平相关联的Merchant模型参数的确定方法,揭示了模型中3个参数在相同围压下随着应力水平的增大而近似呈线性减小的规律.以此为基础,建立了反映时间效应的天津滨海软土三维非线性黏弹性蠕变本构模型,开发了有限元子程序.与实际工程的观测资料对比表明,该蠕变模型能有效模拟不同施工阶段路堤沉降量的非线性发展过程与沉降速率的变化规律.     

软土非线性流变特性的试验研究及成果分析

针对广州南沙原状软土进行一系列室内试验研究,探讨了软土非线性流变变形特性.所做试验包括:不考虑预压荷载的固结试验、考虑预压荷载的固结试验、分别加荷的固结试验、不同排水条件下的三轴蠕变试验等.试验结果表明:次固结系数主要受到先期固结压力pc的影响,当ppc时,次固结系数Cα表现出不同的变化规律;经预压处理后土样的次固结系数Cα与预压力pp密切相关;同一荷载下,分级加荷的变形量大于分别加荷的变形量;排水条件和加荷速率对蠕变变形有很大的影响.     

分级卸荷条件下软土蠕变特性的试验研究

采用改进的普通三轴仪对武汉地区代表性的粉质粘土进行了室内固结排水分级卸荷蠕变试验.实验表明：固结时应力水平越高,最终蠕变变形越小;固结时应力水平越低,在相同偏应力作用下土体越容易破坏;土体的长期强度会增加土体的蠕变性质.在对试验数据进行分析的基础上,引入积分型的本构方程来描述软土在卸荷条件下的蠕变规律,利用最小二乘法原理对模型中的参数进行拟合,通过拟合结果与试验曲线的比较,表明了所建模型的正确性与合理性.     

高应力下重塑黄土蠕变特性试验

以延安地区黄土高填方填筑体为研究对象,进行了控制含水率和压实度的高压固结蠕变试验。分析了初始含水率、压实度、固结压力等因素对重塑黄土蠕变特性的影响。使用对数函数对试验结果进行拟合,得到了适合描述延安地区黄土高填方填筑体工后沉降的蠕变模型。试验结果表明:减小初始含水率或增大压实度,能在一定程度上降低土体的蠕变量,从而更好地控制高填方工程的工后沉降。固结压力越大,试样达到稳定所需的时间越长,最大固结压力(2 400 kPa)时,蠕变稳定时间是低固结压力(100 kPa)时蠕变稳定时间的4倍左右。该本构模型能够较好地反映出延安地区黄土高填方填筑体的蠕变特性。     

软土蠕变特性室内试验研究

为了研究杭甬高速铁路所经过地区的软黏土蠕变特性,利用改进的三轴蠕变仪,进行不同围压下三轴固结不排水蠕变试验.试验结果表明:该海相软土具有显著的非线性蠕变特性,偏应力水平越高,非线性程度越大;不同围压下软土的屈服应力不同,当应力水平低于屈服应力时,软黏土蠕变特性表现为线性黏弹性;当应力水平高于屈服应力时,软黏土的蠕变性状表现出显著的非线性黏塑性.故该软黏土的蠕变同时具有弹性、黏弹性及黏塑性特征,可将所研究的软黏土视为弹-黏弹-黏塑性体.     

深水低固结软泥岩蠕变特性及其工程应用

深水低固结软泥岩地层处于弱固结地层与正常固结地层之间的过渡带,研究其蠕变特性对于设计合理的井身结构及确保深水钻井的顺利进行有重要的意义。利用取自中国南海的低固结软泥岩岩心进行蠕变实验,根据蠕变实验结果建立了合适的蠕变模型。然后在此基础上,结合深水地层的井眼模型,建立了深水低固结软泥岩地层的井眼缩径模型及井眼坍塌模型。研究结果表明,低固结软泥岩的非线性蠕变现象明显,且瞬时蠕变量较大,经验模型更适合用来描述其蠕变特性。若钻井时泥浆密度较小,井眼在短时间内就会形成严重的缩径,从而影响正常钻井。低固结软泥岩地层的井眼坍塌具有明显的时间黏滞效应。随着时间的增加,井眼破坏区会逐渐增大,最终发生坍塌。     

赋存环境变化对海积软土特性影响试验

填海造陆对海积软土赋存环境产生的改变是多方面的,它使海积软土受到多种因素影响且以不同程度同时作用。本文以广西钦州港填海区海积软土为研究对象,采用"浸泡—加载"模拟制样技术,从孔隙液化学组分、面状荷载耦合作用角度研究赋存环境变化要素对海积软土压缩性、渗透性以及强度的影响。研究表明:孔隙液中Ca~(2+)、Mg~(2+)的作用使海积软土孔隙比减小、压缩性和渗透性降低,其浓度越高海积软土的压缩性和渗透性越低,相同浓度下,Ca~(2+)对土的压缩性影响较Mg~(2+)大,但Mg~(2+)对土的孔隙比和渗透系数的影响比Ca~(2+)显著;上覆荷载影响海积软土与浸泡液之间的离子交换,其影响程度与上覆荷载大小和浸泡液离子浓度有关;上覆荷载对土的粘聚力c值的变化起决定作用,而化学组分对土的内摩擦角φ值影响显著。     

考虑振动停歇时间的浅层软基振动排水试验研究

以江苏省连云港市某软基处理项目的软土为室内研究对象,利用自主设计的动态固结渗透仪分析饱和软土在交通荷载作用下的动力响应;通过设置不同围压、共振频率和振动停歇时间,以及模拟不同施工工况,进行软土的振动排水固结试验,并与未考虑振动停歇时间的振动排水固结试验进行对比,重点分析不同振动停歇时间对软土排水固结特性的影响.结果表明...     

软土中桩基工后长期沉降的预测模型

基于软土中桩基工后长期沉降的机理,采用理论分析和工程实际相结合的方法,提出适用于软土中桩基工后长期沉降的预测模型.研究结果表明:提出的预测模型和简化预测模型均可综合考虑地基土体的固结和蠕变,能很好地反映沉降发展的实际情况:但基于土体固结和蠕变对桩基工后沉降的影响程度,对非挤土桩基工后40 d后的实测沉降,可考虑选用简化预测模型进行预测,在其他情况下则宜采用未简化的预测模型进行预测.     

类软土单轴剪切蠕变特性研究

类软土是指炭质页岩、炭质灰岩、炭质泥岩等含炭的一套软质岩和其风化物,在特殊的工程地质条件和气象水文条件下形成的饱水层,受长期浸泡软化或间有微生物作用形成的坡残积、坡崩积和坡洪积软土。类软土具有的蠕变特性,导致滑坡产生连续滑动。研究类软土的蠕变规律,可为滑坡的建模及稳定数值计算奠定力学基础。通过类软土的单剪蠕变试验,得到了类软土剪应力—应变—时间关系的蠕变曲线;选择Burgers粘弹性本构模型描述类软土的流变性状,确定了类软土的剪切流变参数;通过对剪应力—应变曲线分析,得到了类软土的长期强度值。     

真空动力固结饱和软土地基非线性固结解析解

为了更深入研究饱和软土地基真空动力固结机理,基于有限应变理论建立了考虑多种因素影响的真空动力固结饱和软土地基非线性固结方程,并通过变量代换和分离变量求出方程解析解,研究结果表明:按照沉降和孔压定义的软土地基平均固结度结果差值受大变形时间因数影响明显,呈现出先增大后缩小特征,且在任意时刻饱和软土地基沉降发展速率明显快于超静孔压消散速率;计算解同室内试验结果变化趋势基本一致,表明了非线性固结方程的合理性,且动力固结和真空降水时间间隔不宜超过1 d。