基于EVP模型的饱和黏性土一维流变固结模型

为深入探讨饱和黏土的固结机理,引入弹黏塑性(EVP)本构模型描述土体的流变固结特性,用Hansbo渗流方程描述土体的渗流过程,修正饱和黏土一维固结理论,采用有限差分法进行求解.通过与文献中固结试验结果的对比,证明了EVP本构模型和本计算方法的有效性,并讨论了Hansbo渗流参数和EVP模型参数对流变固结过程的影响.结果表明,饱和黏土的黏滞效应导致靠近不排水面处在流变固结前期出现了孔压升高现象, Hansbo渗流会使该现象更加明显.饱和黏土的黏滞效应和渗流的非达西特性延缓了固结中后期的整体孔压消散和地基沉降.     

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.     

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.     

不同固结系数计算方法之间的比较

运用底部可测孔压的固结仪对连云港重塑黏土进行一维固结压缩试验,探讨基于孔压得出的土体固结系数与基于压缩计算的固结系数之间的关系.针对100 kPa、200 kPa、400 kPa、800 kPa、1600 kPa 5个加载等级的固结过程进行分析,发现基于孔压数据得出的固结系数Cv和时间对数法的计算结果较为一致,但是小于时间平方根法的计算结果.另外,3种计算方法均显示,连云港重塑土固结过程中,其固结系数Cv随着荷载等级的增大而增大,在固结过程中并非常数.     

不同固结系数计算方法之间的比较

运用底部可测孔压的固结仪对连云港重塑黏土进行一维固结压缩试验,探讨基于孔压得出的土体固结系数与基于压缩计算的固结系数之间的关系.针对100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1600kPa 5个加载等级的固结过程进行分析,发现基于孔压数据得出的固结系数Cv和时间对数法的计算结果较为一致,但是小于时间平方根法的计算结果.另外,3种计算方法均显示,连云港重塑土固结过程中,其固结系数Cv随着荷载等级的增大而增大,在固结过程中并非常数.     

基于分段线性化模型的一维流变固结分析

为进一步认识饱和软黏土的黏滞效应对其一维固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型来描述其变形的弹黏塑性,从而改进了一维分段线性化(CS2)固结模型.通过与已有研究成果的对比,证明了UH本构模型以及修正后CS2模型的有效性.在此基础上,探讨UH本构模型参数对固结进程的影响.数值分析表明,饱和软黏土的黏滞效应使得靠近不排水面处的土体在加载初期出现了超孔隙水压力升高的现象,随后减缓了加载中后期地基超孔隙水压力的整体消散,增大了地基的沉降量.同时,随着回弹指数和初始超固结参数的增大,上述流变固结特性更加明显.     

地层渗透性差异对壁后注浆浆液固结特性影响研究

壁后注浆浆液注入盾尾间隙后,在固结压力和地层土水压力作用下逐渐从流动状态转变为固体状态,不同地层的渗透性对浆液固结过程影响明显.针对粉质黏土、粉细砂和砾砂等三种渗透性差异较大地层,开展不同固结压力下的浆液固结试验.结果表明:在低渗透性的粉质黏土层中,0.2 MPa下孔压消散耗时110 min,孔压消散缓慢,轴向应变速率小;在渗透性较大的砾砂地层中,0.4 MPa下孔压消散仅耗时5 min,孔压消散速率和轴向应变速率均较大,渗透性较大地层中固结压力对固结过程影响较小;各养护龄期下,浆液在粉质黏土层中固结后强度较小且增长较慢;而在粉细砂及砾砂地层中,强度较大且增长快,固结压力对强度影响很小,地层渗透性差异在固结过程中起到了决定性作用.     

固结试验及其相关问题的讨论

固结系数是岩土工程中较常采用的计算参数之一,大量的实际工程计算与监测结果表明,试验得到的固结系数偏小．为了探讨固结试验过程的内在特征,将常规固结试验仪器进行了改进,使其能够进行土样底部的孔压测定．经过100kPa,200kPa,400kPa3个不同固结压力下的固结试验,分析了试样底部的孔压上升规律与太沙基固结理论差异的原因;通过减小土样与仪器侧壁摩擦的对比试验,使上述差异得到一定的改善;又通过全自动应力路径三轴试验,分析了其他因素对固结试验的影响．     

孔隙比变量一维固结方程解析理论

经典Terzaghi固结理论假定固结沉降与超孔压消散间满足线性耦合关系,通过计算土体应力固结度与土体最终沉降量预测沉降发展过程。由于土体固结沉降与超孔压消散间存在不同步耦合效应,沉降发展快于超孔压消散,应用应力固结度预测土体沉降发展误差较大。以孔隙比变量作为固结方程控制变量,根据孔隙比边界条件求解土体固结沉降过程可以有效避开超孔压消散与土体沉降间的滞后耦合效应。以土体连续方程、达西定律、有效应力原理为基础推导孔隙比变量固结方程及边界条件,研究边界条件、土体自重、初始孔隙比分布、非瞬时加载等对土体固结过程与最终效果的影响,比较应力与应变固结度间差异。研究表明初始条件、土体自重等对孔隙比变量解答有较大影响,引起5%左右误差。     

考虑非Darcy渗流和自重应力的一维固结分析

基于饱和黏土中渗流的非Darcy特性和变形的非线性,考虑土体埋深和自重应力的影响,修正了Terzaghi 1维固结方程.为简化计算,建立了以有效应力为求解对象的非线性控制方程,并采用有限差分法建立隐式差分格式对方程进行求解.探讨了综合考虑土体渗流非Darcy特性、埋深、自重应力和变形非线性时的固结特性.计算结果表明:考虑土体自重应力时的孔压消散速率和地基沉降速率都要大于不考虑土体自重时的情况;综合考虑土体自重、非Darcy渗流特性和变形非线性的孔压消散速率和地基沉降速率都可能出现前期快于Terzaghi固结理论解而后期相反的情况.     

线性加载作用下软土地基固结变形分析

目前软土在加载下的固结变形研究主要为瞬时加载,为明确线性加载作用下软土固结变形规律,通过太沙基一维固结理论和有效应力原理的方法求解了软土地基在任意加载速率下一维固结方程的通解,并求解了线性加载下固结方程的解析解。结果表明：线性加载下软土地基产生的超静孔压可以分成增长期、快速消散期和缓慢消散期三个时期;加载速率影响超静孔压的增长路径、消散速率以及最大超静孔压值,最大超静孔压值与加载量近似成线性增长关系,加载速率对最大超静孔压值的影响存在临界值k1和k2;固结系数影响临界加载速率,排水距离影响超静孔压的消散时间;加载速率改变沉降路径而不影响沉降值、改变固结路径并且影响固结时间;最后结合工程实例进行对比分析,发现基于线性加载固结方程解析解得到的理论值及变化规律与实测值有较好的吻合性。     

分级加载下黏土中的超静孔压消散试验研究

为直观地认识土体固结时超静孔压的消散过程,弄清固结理论产生偏差的原因,利用研制的大尺寸固结装置,对饱和黏土开展分级加载下的超静孔压、压缩变形和土压力的测试,并与太沙基一维固结理论计算值进行对比。测试结果表明土样中的超静孔压呈现加载后先增加、后消散缓降的规律,分级加载下,随着固结荷载增大,孔压变化明显滞后于荷载的变化,且超静孔压的消散也趋慢。经与采用固定固结系数计算的理论值对比可证实土样中的固结系数呈动态变化,表现为随固结荷载和固结时间的增加而减小,且不同位置处的固结系数也存在差异。     

静压沉桩后黏土中超孔压时空分布规律研究

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型,推导了桩周土体固结过程中桩土界面处上覆竖向有效应力和超孔压的修正计算公式。结果表明:从时间上看,在桩顶的外荷载作用下,超孔压随时间消散的同时,上覆竖向有效应力逐渐增大；成桩后30.d超孔压基本消散完毕,上覆竖向有效应力不再增长,地基土处于休止期。从空间上看,超孔压随桩埋深的增大而增大,在渗透性差的黏土层增长较快；不同荷载条件下,距桩心的水平距离和桩端的竖向距离越小,超孔压越大；靠近桩端和桩心的超孔压最大值与桩顶荷载大小呈负相关关系。     

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.     

初始孔压非均布的饱和土一维热固结解析解

基于热弹性力学和饱和土固结理论,通过热固结方程的建立和求解,研究了初始孔压非均布时的饱和土一维热固结问题.利用有限Fourier变换及其逆变换,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并依此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的传统固结解进行比较.结果表明,超静孔压随时间延长最终消散为零,但在热固结过程中可能会产生负孔压;地基沉降受温度升高的影响小于传统固结解;平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,其变化规律与传统的固结理论有较大差别.     

黄土状土和火山灰粘性土的动剪强度研究

实际地震危害表明,不仅饱和的细砂、粉砂地基会产生液化,而且饱和的粉土、粉质土地基也会产生液化．文中通过对我国西北地区特殊土———黄土状土和日本的特殊土———火山灰粘性土（广泛分布于日本关东地区,且大量用于道路填土工程）进行了一系列动力三轴试验,研究了它们在动荷作用下的动力特性,孔隙水压力的变化以及动、静强度的比较,测定并分析了不同的固结比对破坏时土的动剪强度和动孔隙水压力的影响,得出了黄土状土的动剪强度随相对密度变化的关系及火山灰粘性土的动剪强度随固结比变化的关系式．     

分级加荷时饱和土地基的固结分析

论述了外荷载分级施加时，饱和土地基一维固结的微分方程及其在给定的边界条件和初始条件下的解析解，分析了土中一点的孔隙水压力的变化规律，提出了分级加荷时地基中一点的固结度的定义方法，并对工程中常用的方法作了分析和评价