竖向荷载作用下复合桩加固液化土沉降分析

为进一步研究复合桩加固液化土在地震荷载作用下桩体沉降变形,利用振动台对钢管—碎石桩加固的复合地基模型在不同荷载作用下进行对比试验。施加0 kg、0.5 kg、1.0 kg、1.5 kg、2.0 kg、2.5 kg六组竖向荷载下,对复合桩加固模型振动过程中不同埋深处超静孔隙水压力和地基沉降进行对比分析,揭示钢管—碎石桩复合加固模型超静孔隙水压力、沉降随荷载的变化规律。结果表明:同一竖向荷载下埋深越大孔隙水压力越大,孔隙水压力的峰值也越大;不同竖向荷载下,不仅随着荷载增大超静孔隙水压力峰值变大,而且超静孔隙水压力随荷载增大消散明显加快,说明竖向荷载作用加速了碎石桩排水功能;施加不同荷载,桩体沉降均随振动时间先缓慢增加又急速增大最后趋于平缓,竖向加荷1.0 kg成为突变点;随着碎石桩的排水,孔隙水压力逐渐消散,土体变密,超静孔隙水压力减小,液化土强度增强,桩周土体对桩约束力增强,桩体的沉降量减小。说明荷载作用下钢管—碎石桩加固复合地基对预防土体液化和提高地基承载力效果明显,并得出沉降量随时间变化的曲线方程,为今后复合桩加固液化土地基的应用提供一定参考。     

复合桩加固液化土桩身弯矩分析

通过对水泥土桩与钢管桩复合加固地基模型和碎石桩与钢管桩复合加固地基模型进行振动台模型试验,分析了这两组复合桩加固模型在模拟地震作用下超静孔隙水压力和桩身弯矩的变化情况,得出水泥土桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力几乎不变但桩身弯矩值下降很快,说明水体无排出,桩间土部分液化,土体承担荷载减小而桩体承担荷载增大;碎石桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力消散明显且桩身弯矩值有所降低,说明水体排出土体密实,土体承担荷载增大桩体承担荷载减小;因此,设计碎石桩与钢管桩复合加固液化土对实际工程很有意义。     

冻融与静荷载双重作用下土体内部孔隙水压力、水分场变化规律研究

在季节冻土区,土体内部孔隙水压力和水分含量受冻融循环和外部荷载的影响.通过模型试验,利用孔隙水压力传感器和水分传感器对冻融与静荷载双重作用下黄土内部的孔隙水压力和水分含量进行监测,得到不同深度处孔隙水压力和水分含量的变化过程.结合静荷载的应力场,进一步分析孔隙水压力和水分含量的空间变化规律.试验结果表明:在冻融与静荷载双重作用的初期,土体内部孔隙水压力快速增大;之后,孔隙水压力开始随温度呈周期性变化.在一个冻融周期内,土体内部孔隙水压力和水分含量都随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,而且孔隙水压力和水分都随温度的变化而表现出滞后性.随着冻融循环次数的增加,孔隙水压力在荷载下方和两侧形成三个集中区;水分则在荷载下方形成高含水量区,在荷载两侧形成低含水量区.通过对静荷载产生的应力场进行分析发现,土体内部孔隙水压力和水分场的空间分布与静荷载产生的应力场有密切关系.     

非均质饱和-非饱和土的变形特性

利用饱和-非饱和多孔弹性介质控制方程建立有限元计算模型,考虑弹性模量随深度增加及其在水平方向的变化,分析了非饱和土中超静孔隙水压力消散和土体的变形特性.通过与相关文献结果对比可验证文中采用的计算模型的正确性.研究结果表明：土体的非均质性对超静孔隙水压力的消散和土体的变形均有显著影响;弹性模量沿深度方向变化率越大,非饱和土体吸收的压力越多,导致超静孔隙水压力消散得越快,并且初期变形阶段和固结完成后,土体的变形幅度减小.     

贵阳红黏土固结排水孔隙水压力消散归一化分析

孔隙水压力的发展规律是应用有效应力原理研究土体变形和强度变化的重要因素。通过贵阳红黏土的固结试验和三轴试验,分析了所取土样的固结状态和该状态下固结过程中孔隙水压力的消散规律。试样结果表明:所取贵阳红黏土的超固结度OCR为5.8,属超固结土;三轴固结过程中,不同围压下的孔隙水压力均随时间的增加逐渐消散至零,消散速率逐渐减小。围压越大,消散速率越大,最后趋于平稳。引入消散度的概念对其进行归一化后,不同围压下U-t曲线几乎重合,用最小二乘法拟合后的函数表达式呈指数函数关系。     

波浪荷载作用下桩周土体孔隙水压力试验研究

基于改造的圆筒试验设备,通过加载装置控制模型土体上方的波压力,实现对波浪荷载作用下的桩周土体响应试验的模拟.研究不同的波浪周期、波压力和土体相对密实度等参数对桩周土体孔隙水压力的影响;分析试验中土体孔隙水压力最大振幅值随深度的变化情况以及液化情况.结果表明:较小的波浪周期、波压力会使土体内孔隙水压力最大振幅值随深度衰减得更快;桩底附近的土体内孔隙水压力出现突然增大现象,即出现桩端孔压放大效应;波浪周期、波压力等对桩端孔压放大效应的影响较大.     

CFG桩复合地基处理软弱路基沉降机理

结合兰永一级公路软弱路基处理技术研究项目,分析CFG桩复合地基处理软土路基的沉降机理.利用非线性有限元软件ADINA,建立三维模型,结合比奥固结理论,地基土体按多孔介质材料考虑,采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型做固结分析,将填土视为荷载逐级施加,采用生死单元对CFG桩复合地基进行数值模拟.结果表明,CFG桩复合地基处理软土路基沉降随着路堤填土高度的逐层增加而增大;随着时间的推移,沉降量前期不断增加,在工后300d左右沉降量增加缓慢,最终趋于稳定;满足一级公路工后沉降要求,地基土中超孔隙水压随填土高度的增加不断增大,在工后逐渐消散,加固效果明显.     

高速滑坡形成机制：土粒子破碎导致超孔隙水压力的产生

通过排水剪切试验,揭示出易于产生粒子破碎的土体易于产生体积变化,土体初始结构和粒子破碎难易度对体积变化各阶段的影响。在与之相对应的不排水试验中,产生粒子破碎的土体最终产生了较高的超孔隙水压力,而且孔隙水压力产生的各阶段与排水试验中的体积变化阶段具有良好的对应关系。揭示了不同诱因产生的高速滑坡的共同特征,即在长距离运动中,由于粒子破碎的影响,滑动面土体在不排水条件下,抗剪强度因超孔隙水压力而上升而下降,最终导致高速滑坡。同时,由于粒子破碎将导致土体自身渗透系数降低,土粒子破碎因而具有促进超孔隙水压力产生和减缓超孔隙水压力消散的双重效果。     

沉桩引起的超孔隙水压力及其消散的三维解析解

给出了沉桩引起的初始超孔隙水压力沿深度线性增加和沿径向在桩周弹、塑性区内连续分布的简化计算公式；以Biot固结理论为基础，进一步推导并获得了超孔隙水压力消散的三维解析解。通过算例分析了土体参数对超孔隙水压力消散的影响，计算结果与实测结果的对比分析显示了两者较好的一致性。     

粉喷桩施工过程对桩周土影响机理分析

通过对现有粉喷桩施工过程喷粉压力的分析,提出了粉喷桩施工过程喷粉压力对桩周土体作用的分析模型,该模型可以考虑施工过程桩周土体中超静孔隙水压力随深度变化.分析了粉喷桩施工过程的桩周土体超静孔隙水压力产生与消散规律.利用平面圆柱扩张理论分析某一深度处超静孔隙水压力,求解出粉喷桩施工对桩周土体产生塑性区半径大小的解析式.由理论计算结果与实测结果表明,桩边附近的超静孔隙水压力的理论值与实测值较为吻合,而由于假设条件与实际情况存在着一定的差异,导致理论计算结果的塑性区半径偏大.但由理论计算表明,理论公式能较好反映粉喷桩施工对桩周土体的影响规律.     

地震作用下加筋土路基力学行为的弹塑性分析

就地震作用下加筋土路基的力学行为进行了分析.计算时土体选用能考虑动载作用下土体中孔隙水压力的变化等因素影响Finn弹塑性动本构模型,土体与筋材的相互作用通过筋土界面模型进行模拟,采用Biot动力固结理论描述土体在流体与动力相互作用下的力学特征.然后利用该模型分析了在地震荷载作用下,加筋与不加筋土路基的侧向位移、沉降与土体中孔隙水压力分布的特点.结果表明:土体加筋可以在一定程度上缓解地震对路基产生的破坏作用.该方法简单实用,且模型中的参数可以通过常规的土工试验获得.对分析地震荷载作用加筋土路基的力学行为有很好的指导作用.     

砂井地基固结过程的监测与分析

采用沉降板、分层沉降仪、孔隙水压力计等仪器,对路基分层填筑过程中砂井地基的固结规律进行监测,保证了路基的安全填筑.将非线性弹性本构关系引入Biot固结理论有限元程序,把砂井地基等效为砂墙,采用中点增量法研究施工过程中地基沉降与孔隙水压力消散的规律,其计算参数由室内三轴试验确定.研究结果表明:采用非线性弹性模型计算的孔隙水压力峰值和沉降量均大于弹性模型计算值,能模拟在分级加载过程中砂井地基的沉降和孔隙水压力消散的规律;泊松比对非线性模型的孔压变化趋势影响不大,但沉降量随泊松比的增大而减小;只有当渗透系数发生数量级改变时,才引起孔压的明显变化.     

基于桩体加固密实度不同液化土变形特性分析

为了进一步研究水泥土桩和碎石桩加固不同密实度液化土的机理,通过振动台模拟地震荷载,对水泥土桩、碎石桩加固不同密实度液化土进行一系列试验,得到密实度分别为1.5 g/cm3、1.6 g/cm3、1.7 g/cm3不同埋深处的超静孔隙水压力与沉降的时程曲线,分析水泥土桩和碎石桩加固液化土超静孔隙水压力、沉降量与埋深、密实度之间的变化规律。结果表明:随着振动荷载作用,不同埋深处超静孔隙水压力均急剧上升到峰值,随后碎石桩加固模型的孔隙水压力随着时间缓慢递减,表明土中水的排出,孔隙水压力得到充分消散,而水泥土桩加固模型以孔隙水压力峰值保持到试验结束,孔隙水压力几乎没有消散;孔隙水压力与密实度、埋深呈正相关,碎石柱加固模型相同埋深、相同密实度的孔隙水压力均小于水泥土桩加固模型的;沉降量与埋深、密实度呈负相关,相同密实度、相同埋深处碎石桩加固模型的沉降量峰值比水泥土桩加固模型的小,但随着振动荷载作用,碎石桩由下向上排水,使孔隙水压力消散,而水泥土桩刚性桩桩周摩阻力在振动过程中显现,桩体分割土体的格栅作用,使其土体沉降速率小于碎石桩柔性桩沉降速率;孔隙水压力、沉降量与埋深、干密度之间的关系式分别为U=U0+a Z-bγ,C=C0+mγ+n Z。     

竖向荷载下土工袋的有限元数值模拟

利用有限元数值模拟方法,研究土工袋在竖向荷载下的变形、孔隙水压力、应力及袋子张力。土工袋由土体和编织袋2种材料组成,土体采用修正剑桥本构模型,编织袋采用改进的两节点张拉杆单元模拟。计算结果表明,竖向荷载下土工袋的最大水平位移和竖向位移分别发生在土工袋两侧边缘和土工袋表层,孔隙水压力随加载时间先增长后消散,同时,袋子的平均张力与荷载呈近似线性关系。     

滩涂极软地基托板桩法处理技术研究

为研究滩涂极软地基上托板桩的工作特性,开展了现场试验和有限元分析.现场实测了地表沉降及土压力,并据此建立了二维平面应变模型,进而对不同时期的地基土超孔隙水压力、土压力、沉降、水平位移等问题进行了研究.研究结果表明:随着填土高度增加,桩顶与桩间土差异沉降增大,产生土拱效应和拉膜效应,桩身轴力、桩体荷载分担比和桩端附近土体超孔压增大;填筑完成后超孔压消散,地基土逐渐固结,桩间土与桩顶差异沉降增大后趋于稳定,桩体荷载分担比逐渐稳定在80％左右;土工格栅拉力较小,传递荷载的能力有限;浅层地基土对桩体有负摩阻力,桩身轴力沿深度先增大后减小;托板桩法可有效控制地基土水平位移.     

黄河水下三角洲没积物在循环荷载作用下土体中孔压变化实验研究

利用室内周期循环加载试验，对黄河水下三角洲土体中孔隙水压力的变化加以测定，通过对波浪水槽试验和动三轴试验2种方案所获数据分析认为黄河水下三角洲土体（粉土、粘质粉土、粉质粘土）存在一破坏的循环极限荷载。在小于此极限循环荷载作用情况下，土体中孔隙水压力总体呈现下降趋势，没有积累升高的过程，不同于砂土在循环荷载作用下孔隙水压力升高导致液化的情况。这一现象对判别黄河水下三角洲土体破坏机制的研究有重要意义。     

二维有限饱和多孔介质流动变形耦合数值模拟

针对二维饱和多孔介质流固耦合渗流数学模型,编制全隐式有限差分计算程序,并以二维有限区域饱和软土层地面沉降变形问题为例,探讨上下表面及加载区域边界透水性的影响.选取4种不同边界条件组合,就均布恒载和周期载荷两种情形分别进行计算分析.结果表明:不论是均布恒载还是周期载荷,其最终沉降量与载荷及土体本身性质有关,与边界条件无关,但不同的边界条件所对应的沉降过程各不相同;随边界透水性逐渐变差,超静水压消散效应减弱,拖拽效应增强;周期载荷的频率不影响变形幅值,但影响孔隙水压力的变化幅值,周期载荷的频率越高,孔隙水压力的幅值越大.     

排水板施工对软黏土扰动的现场试验研究

通过软黏土地基上塑料排水板施工过程的孔隙水压力观测及现场十字板强度试验,研究了排水板施工前后地基土体孔隙水压力增长和消散的规律,并且从软黏土地基的有效应力变化和结构扰动等方面分析了土体强度损失及恢复过程.结果表明:单根排水板施工引起的孔隙水压力增长较小,仅对表层孔隙水压力影响大;板群的施工对4 m范围内土体孔隙水压力的增长有叠加效应;排水板施工一方面使软土地基内的孔隙水压力增长,有效应力减小,导致软土强度的降低,另一方面使地基软土结构发生破坏而引起软土强度降低;孔隙水压力的增长引起的地基土强度损失恢复较快,而结构扰动引起的强度损失恢复较慢.     

降雨条件下厚覆盖层边坡的渗流特性

基于实际降雨资料及饱和-非饱和渗流理论,对算例边坡在设计降雨方案条件下的孔隙水压力变化、体积含水率以及暂态饱和区的发展与消散进行时间和空间上的研究。研究结果表明:在降雨过程中边坡表层一定深度内,孔隙水压力逐渐增大,降雨停止后,孔隙水压力缓慢降低;边坡表层体积含水率随着降雨时间的持续逐渐达到饱和含水率,并保持不变;当降雨停止后,体积含水率才开始沿着坡面向下逐渐降低;暂态饱和区是在边坡表层土体达到饱和并形成连通区域后产生的,滞后于孔隙水压力和体积含水率的增大;暂态饱和区在形成的空间顺序上表现为先坡脚及各级台阶处,后边坡坡面,而消散顺序刚好相反。     

水位循环升降作用下粉土变形及沉降机理

地下水位升降变化是浅层地下水普遍存在现象,常常导致土层结构与土体性质发生变化,从而影响地基土变形与沉降.以洛阳地区粉土为研究对象,通过水位循环升降模拟试验,研究水位循环升降作用下粉土孔隙水压力、土压力周期性变化规律及由此产生的变形沉降特性.试验表明:孔隙水压力周期性变化是导致土体周期性变形的主要原因,两者具有相似的周期性变化规律;孔隙水压力对水位升降表现出瞬时响应,而变形则呈现滞后性.通过机理分析发现,振荡孔隙水压力是土体中饱和-非饱和状态转变的根本原因,而残余孔隙水压力的衰减消散是土层产生固结沉降的驱动力.