波浪荷载作用下原状软黏土动力特性和基于能量方法的孔压研究

针对杭州原状软黏土,利用浙江大学5 Hz空心圆柱扭剪仪进行等向固结条件下的主应力轴旋转试验以研究波浪荷载作用下软黏土的动力特性。探讨不同频率和循环应力比条件下土体的应变发展、模量衰减等动力特性。采用能量方法,研究频率和循环应力比对孔隙水压力与损耗能关系的影响,并对不同条件下土体的崩塌能进行对比分析。研究结果表明:在主应力轴旋转条件下,原状软黏土存在一个门槛循环应力比,当循环应力比小于该值时,应变只在较小范围内发展,土体模量呈"急剧—平稳"的衰减规律;当循环应力比大于该值时,应变曲线会因土体达到结构崩塌而出现1个激增点,此时土体模量呈"急剧—平稳—急剧"的衰减规律,并且频率越低或循环应力比越大,应变发展及模量衰减速度越快,达到结构崩塌所需要的循环次数越少。频率和循环应力比对原状软黏土的孔压与损耗能关系及崩塌能均有影响,且频率越低或循环应力比越大,孔压随损耗能发展越快,结构崩塌时的崩塌能也越小。频率和循环应力比是通过改变损耗能中两部分能量所占的比例来实现对孔压与损耗能关系及崩塌能的影响。     

软土地基中风机单桩基础累积侧向位移分析

为研究软土地基中近海风机大直径单桩基础在长期受荷时的累积侧向变形问题,基于室内循环三轴试验,建立考虑孔压累积的软黏土刚度衰减模型。通过对ABAQUS进行二次开发,在有限元分析程序中建立刚度衰减模型,并引入门槛循环应力比对不同应力水平的土体分区计算。研究结果表明:在刚度衰减模型中采用门槛循环应力比作为是否考虑孔压累积的标准更符合真实情况;当循环荷载较小时,桩身泥面位移在一定循环次数后趋于稳定;当荷载幅值超过一定值后,桩身泥面位移迅速发展,且不再稳定;当桩基埋入深度较小时,增加桩基埋深能有效降低桩身侧向位移。     

基于修正剑桥模型的软黏土中沉桩过程欧拉-拉格朗日耦合模拟分析

利用CEL(Coupled Eulerian-Lagrangian)有限元大变形方法模拟了不排水条件下软黏土中沉桩施工对桩周土体的影响.利用有效应力的方法实现了修正剑桥(MCC)模型Vumat子程序中超孔压的计算,通过与室内土工试验(一维压缩试验和三轴试验)结果对比证明了子程序的可靠性.将修正剑桥模型的Vumat子程序嵌入到Abaqus/Explicit的CEL方法中用于软黏土中沉桩效应的模拟分析.对计算得到的桩周土体流动、水平位移、超孔压、水平应力的分析表明,所采用的考虑孔压的CEL数值分析方法可以较好地模拟软黏土非排水条件下沉桩效应问题.     

基于修正剑桥模型的软黏土中沉桩过程#br# 欧拉-拉格朗日耦合模拟分析

摘要： 利用CEL(Coupled Eulerian Lagrangian)有限元大变形方法模拟了不排水条件下软黏土中沉桩施工对桩周土体的影响.利用有效应力的方法实现了修正剑桥(MCC)模型Vumat子程序中超孔压的计算,通过与室内土工试验(一维压缩试验和三轴试验)结果对比证明了子程序的可靠性.将修正剑桥模型的Vumat子程序嵌入到Abaqus/Explicit的CEL方法中用于软黏土中沉桩效应的模拟分析.对计算得到的桩周土体流动、水平位移、超孔压、水平应力的分析表明,所采用的考虑孔压的CEL数值分析方法可以较好地模拟软黏土非排水条件下沉桩效应问题.     

软土震陷特性的试验研究

基于饱和软粘性土与福建标准砂的静力孔压软化试验和动三轴震陷试验的分析研究，揭示了饱和松砂的软化应变具有突变性，当其孔压比小于某一限值时基本无软化现象，而饱和软粘性土则呈现随孔压增长而渐软化的特点。按文中建议的软化试验与动三轴震陷试验结果的对比，可区分震陷中的软化应变和惯性应变，为进一步综合分析计算土体由这两种应变形成的震陷奠定了基础。     

原状软黏土主应力轴动态旋转试验研究

利用浙江大学5 Hz空心圆柱扭剪仪,通过轴力和扭矩的耦合,模拟波浪荷载下主应力轴动态旋转的应力路径,对杭州原状软黏土的孔压累积、应变发展及模量衰减等动力特性进行研究,研究频率、循环应力比的影响,并与动三轴试验相比较。通过对试验数据的回归分析,给出主应力轴动态旋转下原状软黏土模量衰减的经验公式。结果表明:频率越低或循环应力比越大,孔压累积、应变发展及模量衰减的速率越快,破坏所需要的循环次数越少;虽然各应变分量开展程度不同,但应变曲线均在同一循环次数时出现拐点;循环加载过程中,压缩模量和剪切模量的衰减规律基本相同,但压缩模量衰减速率稍快于剪切模量。与动三轴试验结果相比,主应力轴连续旋转试验中土体模量衰减规律基本不变,但衰减速度更快,试样破坏所需的循环次数明显减少,因此,建议实际工程应用时要考虑主应力轴旋转的影响。     

K_0固结饱和软黏土的三轴应力路径试验研究

利用GDS三轴仪对原状温州饱和软黏土进行5种应力路径下的K0固结三轴不排水试验,分析不同应力路径下土体的应力-应变关系、孔压发展及有效应力路径。利用Skempton公式对常围压下应变与孔压的双曲线关系进行修正,建立不同应力路径下孔压与应变之间统一的表达式。研究结果表明:在不同应力路径下,K0固结软黏土的应力-应变关系和孔压发展均表现出明显的区别。由于不同总应力路径下饱和软黏土孔压的产生抵消了围压的变化值,使有效应力路径基本一致。在本文采用的应力路径下,正常固结黏土p-q-e具有唯一性关系。     

地铁荷载下隧道周围加固软黏土应变累积特性

通过对上海地铁四号线海伦路站附近隧道周围加同软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究了列车循环荷载作用下加固软黏土的累积变形特性.充分考虑土体围压、固结比、轴向循环压力的大小及频率的影响,得到了加固软黏土在各个因素综合影响下的残余应变的变化规律.通过研究发现,可以用对数关系曲线来描述加固软黏土残余应变随振动次数的变化情况...     

振动频率对饱和黏土动力特性的影响

为了了解振动频率对饱和黏土动力特性的影响,针对天津临港工业区典型黏土做了一系列原状土与重塑土的动力试验.结果表明,随着频率的增加,原状土变形曲线由破坏型向发展型再向渐稳型过渡,重塑土变形曲线多为直线型.对4种动变形曲线定义了不同的破坏标准,发现随着振动频率的增加,软黏土动强度的变化趋势为先提高,之后增长幅度减小.频率越低,原状土的孔压升高越快;但振动频率对于重塑土孔压发展影响较小,原状土的界限孔压比低于重塑土.振动频率越低,原状土的动弹性模量软化指数下降得越快,并最终稳定在界限软化指数;不同振动频率下,重塑土软化指数的发展较为一致.     

考虑流变效应的软黏土地基大应变固结研究

软黏土压缩性高,在固结过程中变形较大时需要考虑大应变的影响.同时,软黏土具有明显的流变效应,对地基的长期沉降有着重要影响.为此,基于通用有限元软件ABAQUS平台编制土体流变模型UMAT子程序,进行软黏土地基大应变流变固结分析.比较大应变与小应变固结过程中超静孔压消散与沉降发展的差别,并分析模型参数对计算结果的影响.采用半对数经验公式考虑渗透系数随孔隙比的变化,分析渗透指数对固结过程的影响.研究结果表明:大应变固结最终沉降比小应变小,超静孔压消散比小应变快;土体固结对模型中Hooke体弹性模量的变化比Kelvin体弹性模量变化敏感;随着渗透指数的增大,土体固结速率增大.     

土体含盐量对长江口地区软黏土特性的影响

长江口地区广泛分布的软黏土是一种不良地质土,具有压缩性高、强度低、灵敏度高的特点.土体含盐量在不同的季节下会受河流、潮汐、降雨等因素的影响会发生波动.对长江口沿岸软黏土进行采样并测定其含盐量,然后通过对原状样进行直剪试验、侧限压缩试验、渗透试验,得到了土体含盐量对软黏土抗剪特性、压缩特性、渗透特性的影响规律.结果表明:原状软黏土含盐量在0.5％ ～1.1％时,土体含盐量越高,土体的抗剪强度越高、土体压缩性越低、渗透性越强.根据对渗滤过的原状土进行试验对比分析,黏土颗粒中的盐分、孔隙水中的盐分共同影响软黏土的特性;黏土颗粒中的盐分对软黏土特性的影响更大.最后通过压汞试验得到了含盐软黏土的孔隙分布特征.长江口沿岸地区土体冬季的力学性能较差,应该更加注重冬季工程地质灾害的防治.     

天津港软黏土强度循环弱化试验研究及应用

波浪循环荷载作用下,饱和软黏土产生强度弱化效应,表现为土体的强度降低,变形模量减小,从而使地基的承载能力大幅度降低,降低了防波堤等重力式结构物和构筑物的安全稳定性,甚至造成工程事故.模拟防波堤地基土在波浪循环荷载作用下的实际应力路径,对天津港原状软黏土进行了室内动、静三轴试验,由试验数据确定了不同荷载组合下软黏土抗剪强度折减率的规律性曲线,进而确定了波浪循环荷载作用下软黏土的强度弱化程度,可作为工程设计参考.作为应用实例,结合软黏土强度折减规律及有限元方法,分析了波浪循环荷载作用下半圆体防波堤地基稳定性以及地基加固方案的有效性.     

初始含水率对重塑黏土孔压特性影响试验研究

针对具有不同初始含水率的2种重塑黏土进行三轴固结不排水剪切试验(CU试验),得到了不同初始含水率重塑土三轴不排水剪切试验过程中孔隙水压力与轴向应变的关系曲线.通过对孔隙水压力分别随平均正应力和偏应力的变化规律进行深入研究,发现不同初始含水率重塑土归一化孔压u/p’0与有效应力比η之间均呈很好的线性关系.同时采用Balasubramaniam提出的归一化方法能够很好地将给定初始含水率不同固结压力下的孔压曲线进行归一化;而初始含水率与u/p0-η曲线的斜率C之间则呈近似线性减小的关系.最终基于Wood提出的孔压公式,提出了考虑初始含水率影响的孔压系数a的确定方法.     

双向循环荷载下的单桩基础累积侧向位移

针对软黏土地基中单桩基础在竖向和水平循环荷载下的累积侧向变形问题,建立基于双向循环受荷的软黏土刚度衰减模型.利用有限元软件Abaqus进行二次开发实现刚度衰减,通过数值模拟分析竖向和水平循环荷载耦合作用下单桩基础的累积侧向位移.结果表明,水平和竖向循环荷载耦合作用下,桩顶侧向位移相比于只受水平循环荷载时更大;存在最小水平循环荷载比,当水平循环荷载比小于该值时,桩基不会产生侧向位移累积;竖向循环荷载对桩基累积侧向变形的影响存在一临界值,小于该值时,对桩顶侧向位移的影响很小.     

循环荷载下结构性黏土的动力特性试验研究

天然沉积黏土大多具有结构性,我国沿海地区广泛分布着深厚的软黏土层,沿海地区的机场、高速公路、地铁等大型交通工程都建在软黏土地基上。天然软黏土由于结构性表现出与重塑土不同的工程性状,通过开展湛江原状黏土和重塑黏土的循环三轴试验,对循环荷载作用下湛江黏土的动变形、动强度和动孔压特性进行系统性的试验研究。结果表明,结构性黏土在循环荷载作用具有脆性破坏特征,固结压力增长造成的土体结构破坏对天然黏土动力特性的影响较大,随着固结压力增大,原状黏土的动力变形特性逐渐趋于重塑土,原状土和重塑土在不同围压下的动强度曲线差异性十分明显,且结构性某种程度上抑制了原状土的动孔压发展。     

非饱和黄土的结构性与强度特性的关系

根据原状黄土、重塑黄土和饱和重塑黄土的应力-应变曲线对比,定义黄土结构强度势参数η。通过三轴试验探讨不同围压和含水率对土体结构强度势参数的影响,研究土体结构强度势参数与其抗剪强度指标之间的关系。研究结果表明:围压和含水率是影响土体结构性的2个主要因素,结构强度势参数随不同围压的变化曲线均处在一较狭窄的条带范围内,具有很好的归一性,结构强度势参数随含水率的增大而减小;土体结构强度势参数随着轴向应变的增长先线性增长在达到峰值后又呈指数形式迅速衰减;结构强度势参数与黏聚力具有指数关系,结构强度势参数与内摩擦角具有线性关系;考虑结构强度势参数的抗剪强度准则可以全面地反映具有结构性土体的强度特性,比莫尔-库仑强度准则更符合实际工程。     

静压沉桩引起的土体应力与孔压分布特征

通过开展一系列离心模型试验,对饱和粉质黏土中沉桩挤土应力和孔隙水压力分布特征进行研究.利用微型传感器监测沉桩过程中土体的应力和孔压变化,并根据试验结果对已有的圆孔扩张模型进行修正,提出考虑地表隆起的沉桩挤土模型,对其可靠性进行验证.研究结果表明,桩周土体总应力和超孔压变化特征主要由距桩的水平距离和埋深控制,对于确定埋深处的土体,当桩尖接近并经过其埋深位置时,应力和孔压先增大后减小;当水平距离相同时,埋深越大,沉桩引起的应力和孔压增量越大,分析认为是地表自由边界的存在影响了浅埋土体中应力变化;当沉桩深度达到7～7.5倍的桩径时,地表边界效应的影响不再明显.     

围压对锦屏深埋大理岩力学特性影响研究

岩石力学特性是正确评价工程岩体稳定性的基础.通过三轴压缩试验,研究了围压对锦屏深埋大理岩弹性模量、泊松比、临界破裂条件和剪胀角的影响规律,提出了弹塑脆性力学模型.结果表明:(1)大理岩弹性模量和泊松比均随围压呈指数增大规律,而剪胀角随围压增大呈指数减小规律;(2)岩石强度达到弹性极限后表现出近似理想塑性承载特性,当其塑性剪应变达到临界条件时产生脆性破坏,且临界塑性剪应变亦随围岩呈指数增大;(3)基于Mohr-Coulomb(M-C)强度准则的峰值强度和残余强度随围压增大而增大,当围压为73.95MPa时两者理论上相等,符合锦屏深埋大理岩脆-延转换特性.基于大理岩弹性和强度参数演变规律的全应力-应变曲线与三轴试验结果具有良好的一致性,可为类似工程岩体稳定性分析和支护结构优化设计提供依据.     

高塑性黏土与混凝土接触面剪切特性

通过高塑性黏土与混凝土接触面大型单剪和直剪试验,研究了高塑性黏土与结构接触面的剪切应力应变关系及强度参数.结果表明:单剪试验的剪应力剪应变和直剪试验的剪应力剪切位移呈双曲线关系;在对应垂直荷载作用下,直剪试验的抗剪强度大于单剪试验的抗剪强度;剪胀现象只在低垂直荷载时发生,且不明显;高塑性黏土达到抗剪强度后,在保持强度基本不变的情况下变形可以有很大的发展,表现出较强的变形适应能力和延展性能.     

饱和砂砾土的动强度与动孔压模型试验

由于砂砾土具有抗剪强度高、压实性能好、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,在工程界得到广泛应用.通过一系列的室内动三轴试验对饱和砂砾土进行了动力特性研究,主要分析了不同振动频率、固结压力和固结应力比对动强度和动孔压的影响规律.试验结果表明:当循环振动周期为某一定值时,随着固结压力、固结应力比的增大,土体发生破坏所需的动剪应力也随之增大,振动频率的增加对动剪应力的影响较小可以忽略不计;在同一振动周期下,当动孔压比为某一定值时,随着固结比Kc的增大,所需动剪应力比也随之增大;当动剪应力比为某一定值时,动孔压值随固结应力比Kc的增大反而减少,这说明固结应力比对饱和砂砾土的液化有很大影响.