两种K0固结土样的强度比及其各向异性

K_0固结(侧向约束的固结)可导致土的各向异性.通过对比上海软黏土的原状土样和重塑土样的三轴ACUC(K_0固结压缩剪切)、ACUE(K_0固结拉伸剪切)试验以及直剪试验得到的强度比,研究这两种土样所具有的不同结构对K_0正常固结软黏土强度比及其各向异性的影响.三轴ACUC、ACUE试验中,在3.7倍于结构屈服应力的正常固结范围内,原状土样在不同固结压力下表现出与重塑土样不同的有效应力路径、极限状态线、有效内摩擦角和强度比.当固结压力较小时,原状土样表现出比重塑土样明显偏大的ACUE强度,因而呈现出较小的强度各向异性;随着固结压力的增大及结构进一步破损,原状土样的强度各向异性逐渐增大而接近重塑土.因此,在对K_0正常固结软黏土的三轴强度比及其各向异性的研究中,这种与固结压力相关的结构效应值得关注.直剪快剪试验结果表明,正常固结范围内两种K_0固结土样的强度比几乎相同,因而可以忽略结构效应对直剪快剪强度的影响.     

软土次固结系数与压力的关系

通过正常固结软黏土室内分级加载次固结试验,得出了荷载对次固结特性有较明显影响,次固结系数与压力存在一定关系的结论.对于室内试验结果,采用修正的双曲线模型拟合了正常固结状态下土的次固结系数与压力之间的定量关系,从而提出了正常固结土次固结沉降量计算的一种修正方法,并以实际工程某一断面的次固结沉降计算为例,将该修正方法与其他几种计算方法进行了对比分析.结果表明,正常固结土次固结沉降计算须考虑压力对次固结沉降的影响.     

基于Hansbo渗流的圆球土样Biot固结分析

为考虑渗流的非Darcy特性对固结过程的影响,引入Hansbo渗流模型对圆球土样修正Biot固结方程,并给出方程的Crank-Nicolson有限差分格式.通过和Darcy渗流模式下Biot固结方程解析解的对比,验证了本文数值计算方法的有效性.在此基础上,讨论了Hansbo渗流参数对圆球土样固结过程的影响.计算结果表明,和Darcy渗流相比,在固结初期,Hansbo渗流将增强Mandel-Cryer效应,增大孔隙水压力的峰值,并延长孔隙水压力达到峰值的时间;在固结中后期,Hansbo渗流将使圆球土样内的孔压消散明显滞后.另外,Hansbo渗流会使整个固结过程中圆球土样的固结度减小,且这种影响会随着Hansbo渗流参数的增大而更加明显,但Hansbo渗流对圆球土样边界位移的影响很小.     

考虑固结路径影响的天然沉积土不排水剪切试验研究

针对传统等向固结剪切试验不能反映实际工程中的非等向变形和强度特性的局限,采用GDS应力路径三轴试验仪,对天然沉积结构性软黏土进行了不同固结条件下的不排水剪切试验,探讨不同应力路径对天然沉积土不排水剪切特性的影响.结果表明:相同的平均有效固结应力下土体偏压固结后剪切阶段应力-应变关系曲线的峰值强度大于等向固结的峰值强度;固结过程偏应力的存在提高了土体的总应力强度指标,当控制固结压力终值的剪应力相同时,偏压固结的强度包线相对于等向固结将平行上移;等向固结下当固结压力大于结构屈服压力时,有效应力路径与屈服面具有相似性,剪切屈服破坏后有效应力路径沿着临界状态线下滑;偏应力固结后剪切过程中有效应力路径的走向相对于等向固结发生了向右偏转.     

压缩过程中天然沉积土应力灵敏度的变化规律

为了描述压缩过程中天然沉积土应力灵敏度随固结压力的变化规律,基于耦合应力灵敏度的概念和Liu-Cater模型的建模思路,将Liu-Cater模型引入应力灵敏度评价体系中,建立了应力灵敏度变化模型.将已有文献中天然沉积土原状样与重塑样的一维压缩试验实测结果与应力灵敏度变化模型预测结果相比较,以验证所提模型的适用性.结果表明:应力灵敏度变化模型预测结果与试验实测结果均具有良好的一致性;应力灵敏度在固结屈服压力时处于最大值,之后随固结压力的增大而逐渐减小至1;应力灵敏度衰减指数的大小主要决定于土的种类及土结构性的特征,软黏土的应力灵敏度衰减指数通常大于硬黏土;土结构性破坏越剧烈,应力灵敏度衰减指数越高.     

上海软黏土结构屈服特性的试验研究

结构性与各向异性是天然沉积软黏土的两个重要特性。为研究其结构屈服特征,对上海软黏土进行了一系列相关试验,包括灵敏度试验、一维固结试验、K0固结试验、三轴排水应力路径试验。灵敏度试验研究表明,天然沉积上海软黏土在结构破坏前后的不排水抗剪强度存在明显差异,灵敏度为4.86,属高灵敏性土。一维压缩试验结果表明,原状上海软黏土在结构屈服前后压缩特性存在明显的差别,具有结构性土所特有的分段特征。不同应力路径下三轴排水剪切试验表明,上海软黏土具有显著的塑性各向异性,其初始屈服面在p'-q平面上呈倾斜的椭圆形状,但其对称轴略低于K0线。     

基于指数形式渗流下的软土一维非线性固结分析

已有的室内试验资料表明软黏土中的渗流会遵循指数形式渗流定律,并且土体压缩性、渗透性在固结过程中会表现出明显的非线性特性。在土中自重应力沿深度均匀分布的假定下,推导建立基于指数形式渗流的软土一维非线性固结控制微分方程,并利用有限差分法对其进行数值求解。将数值解与达西渗流下Davis解析解进行对比,验证数值计算结果的可靠性。最后,对基于指数形式渗流下的一维非线性固结性状进行分析。研究结果表明:土层的固结速率在固结初期随渗流指数的增大而加快;而当时间因子超过某一值后,在固结后期固结速率随渗流指数的增加而变慢;土的压缩指数与渗透指数的比值越大,则土层的固结速率越慢;此外,土层中最终有效应力与初始有效应力的比值以及外荷载的等效水头与土层厚度的比值均对固结速率有较大影响。     

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.     

指数形式渗流定律下软土一维大变形固结分析

在土中渗流遵循指数形式渗流定律下,假定土体压缩系数和渗透系数在固结过程中均保持不变,在拉格朗日坐标系下,以超静孔隙水压力为变量,建立软土一维大变形固结问题的控制方程及求解条件.利用有限差分法,对计算模型进行求解,得到超静孔隙水压力的数值解答.在此基础上,对某时刻不同深度处土体孔隙比以及地基沉降变形进行求解,并据此给出按变形定义的地基平均固结度和按应力定义的地基平均固结度的解答.最后,结合实例分析了渗流指数对大变形固结性状的影响,分析了基于指数形式渗流定律的软土一维大、小变形固结理论的区别,给出了基于指数形式渗流定律的软土一维固结问题中必须要考虑大变形特性的条件.     

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。     

基坑降水对土侧压力系数的影响

针对上海软土深基坑开挖降水过程中所涉及的③层淤泥质粉质粘土、④层淤泥质粘土、⑤-1层粉质粘土、⑤-2层粘质粉土,通过二阶段固结模拟和K0试验,研究了各层土在不同降水深度条件下土侧压力系数K0的变化特性。试验结果显示：（1）降水前后,粘性土K0值相对粉性土K0值为大。（2）各层土侧压力系数K0值均随水位降深的增加而减小,单位水位降深,⑤-1层、⑤-2层、③层、④层土的侧压力系数K0值分别下降3.1%、2.5%、2.3%、1.3%左右。（3）随着降水深度的增大,降水对侧压力系数的影响在逐渐减小,并最终趋于稳定。最后,基于回归分析理论得到侧压力系数简化计算公式,为上海地区深基坑降水土侧压力系数的确定提供依据。     

深基坑降水与地面沉降变形三维耦合数值模拟

以比奥固结理论为基础，考虑土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化，将地下水渗流场和土体应力场进行耦合，建立了深基坑降水与地面沉降变形的水土全耦合三维数学模型，并采用三维有限元数值分析方法，以上海市环球金融中心深基坑降水为例，模拟预测了基坑中心水位降至标高-23．4m时基坑周围地下水渗流场与地面沉降变形场的分布特征．结果表明，该模型稳定性好，收敛速度快，能模拟复杂三维地质体和整个基坑降水工程的结构。     

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).     

富水深基坑降水引起的地表沉降预测

随着城市轨道交通的发展,富水地区地铁深基坑降水引发的工程问题时有发生,引起广泛关注。传统算法计算地基沉降只考虑降水前后土体自重应力的变化。在此基础上进一步考虑渗流动水压力引起的有效应力变化和止水帷幕对土体沉降的约束影响,提出一种简化的计算降水引起基坑外地表沉降的方法。并结合实际工程对该方法进行验证。结果表明:考虑地下水渗透力的影响使降水后土体有效应力较不考虑渗流时增加5%左右,地下水渗流对土体有效应力的影响不可忽略。止水帷幕对土体沉降的约束影响在距支护结构1倍降水深度范围内,计算该范围内土体沉降需将止水帷幕影响考虑在内。同时考虑降水前后自重应力变化、渗透力影响、止水帷幕约束这三者的共同作用,得出的理论计算结果与实测值误差在12%以内,验证了计算方法的有效性。     

不同土质条件下基坑渗流场渗透特性分析

控制地下水对基坑开挖和周围环境的负面影响，是基坑工程特别是深基坑工程设计与施工的重要组成部分．采用三维有限元法分析了基坑渗流场的分布特性，比较了不同土质条件下渗流作用对基坑土体渗透稳定性的影响，较好地反映了基坑渗流场中等势线、流速矢量以及水力梯度等渗流要素在不同土质条件下的变化规律，探讨了工程中可能出现的不利因素．分析表明，在均质各向同性非成层土中，基坑角点和溢出点附近水力梯度最大，是整个基坑最易发生渗透破坏的地方；在成层土情况下，水头等势线有向渗透系数小的土层聚集的趋势．对比各种分析结果，当水平向渗透系数大于竖向渗透系数时，基坑最容易发生渗透破坏．     

基坑围护结构周围的地下水井流计算

根据上海软土地区的井点降水工程，分析、总结了基坑围护结构周围地下水的渗流特征，提出按渗流特征进行井流计算的方法，经实践证明，按文中公式计算的水位降深值与实测水位降深值基本相符。     

不同颗粒级配透明黏土的固结与渗透特性

为可视化研究黏土固结过程中的内部变形,需要制配与黏性土固结特性变化规律相似的透明黏土.选用无定形硅粉与白矿物油和正十二烷混合液制配出能够模拟黏性土固结的透明黏土,并对不同颗粒级配下的透明黏土进行了渗透试验和压缩固结试验.研究结果表明:透明黏土的e-lgk,C_v-p,E_s-p曲线变化规律与天然黏土相似;并且土体的黏粒含量越高,渗透系数越小,固结系数越小,压缩性越高.透明黏土在固结与渗透变化规律方面与天然黏土的这种相似性,说明了透明黏土用于定性模拟天然黏土固结变形的可行性.     

不同压力下的黏土渗流性状试验研究

在诸如固结、沉降、降水等涉及渗透系数的岩土工程计算中,土层的渗透系数通常由渗透试验或现场抽水试验获得;并被视为常量。实际上渗透系数会随着外界条件的改变而发生变化,尤其是低渗土体。现利用研制的试验设备,对弱透水性的黏土进行渗透试验。试验结果表明:低固结压力下土体的渗透系数随水压呈"S"型曲线变化;且变化幅度较大。高固结压力下低渗土体的渗透系数随水压基本呈线性变化,且变化幅度较小。另外,水压对低渗土体的孔压传递规律也有影响,低水压作用下的土体孔压传递呈非线性变化,而高水压作用下呈线性变化。     

超软土的排水固结机理分析

超软土地基加固方法的改进，首先需要深入研究其排水固结机理。通过对相关实验实测资料的分析，作者对超软土固结过程中的孔隙性、渗透性、压缩性、固结特性的变化规律及孔隙水压力消散规律进行了初步探讨，并对这些变化规律中的微观机制进行了分析。结果表明，孔隙性的变化从根本上决定了渗透性、压缩性、固结特性及孔隙水压力消散的变化规律。     

考虑介质变形和启动压力梯度的低渗压裂气井产能分析

低渗储层孔吼狭窄,储层物性差,基本无自然产能,需压裂才能经济开发。存在启动压力梯度并且由于有效应力改变有介质变形现象;针对低渗气藏物性特征,基于稳定渗流理论,利用保角变换原理,推导出考虑启动压力梯度和应力敏感效应以及人工压裂缝的气藏垂直井产能计算模型;分析不同应力敏感系数和启动压力梯度以及人工裂缝长度对气井产能影响。该研究对低渗气藏垂直压裂井合理产能确定有一定指导意义。