基于CPTU的黏性土超固结比计算方法的对比分析

以江苏滨海某海上风电项目为背景,采用孔压静力触探(CPTU)技术对土层进行测试,并对土样进行标准固结试验.首先,将基于CPTU技术的土体超固结比计算方法分为基于归一化锥尖阻力和净锥尖阻力的经验方法以及基于临界状态土力学理论与圆孔扩张假设的理论方法.然后,以静探孔JT21的CPTU测试数据为例,采用CPTU技术计算黏性土超固结比,并与试验值进行对比.最后,将纳什效率系数、决定系数、均方根误差作为评价因子,采用非线性规划求解方法对原有公式经验参数进行优化处理,建立了预测江苏海域黏性土超固结比的修正预测模型.结果表明,修正预测模型的计算结果相比于初始预测模型结果更接近试验值,归一化锥尖阻力与超固结比存在线性关系.计算超固结比时推荐优先采用修正NGI模型,其决定系数为0.486,纳什效率系数为0.974.     

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。     

考虑孔压消散时黏土的动变形研究

针对饱和黏土随时间的增加不断排水的情况,在不排水动剪切之后,实施了孔压消散阶段,并对不同消散程度土体的不排水剪切变形进行了研究.结果表明：完全固结后,饱和黏土刚度与动强度将会提高,再次保持原动应力水平不排水剪切时,土体轴向塑性变形基本不发生变化;当孔压消散与不排水动力剪切重复作用时,土体的变形主要来自于固结排水产生的轴向形变,且动剪切产生的动孔压与固结时的排水量随固结次数的增加而减小,并最终趋于稳定.随着固结度的增加,不排水剪切时的动变形不断减小.     

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。     

桩周及下卧土层中超静孔压消散的数值模拟

通过分析单桩成桩后,桩周土体固结渗流的边界条件和初始条件,建立了饱和黏土中单桩桩周及下卧横观各向同性土体的空间轴对称固结问题的定解条件,应用数值理论建立相应定解问题的有限元程序,对桩周及下卧土层中压桩挤土造成的孔压消散的时空变化规律进行模拟研究.结果表明:下卧土层的渗透特性对桩周土体的孔压消散没有明显影响,研究结果对精确分析压桩挤土对桩基础承载力及周围环境影响的时空特点具有理论意义和现实意义.     

基于孔压消散改进模型的土体孔隙水压力预测

固结系数在评估土体工程特性方面具有重要作用,孔隙水压力是孔压静力触探技术中评价土体水平固结系数的重要指标。目前,基于孔压静力触探试验计算固结系数的方法比较费时,为了提高孔压静力触探技术在低渗透黏土中的工作效率,本文基于不完全孔隙水压力试验数据,结合早期与后期双曲线拟合法,建立孔压消散改进模型。以上海浦东新区黏土场地为例,计算得到的孔隙水压力与时间曲线截距与斜率分别为0.943和0.003,通过比较孔隙水压力计算值与试验值得到其相关系数均大于0.99。此外,对消散时间小于消除50%孔隙水压力所需时间的数据进行预测,预测结果相关系数为0.996 7,表明本文提出的孔压消散改进模型预测孔隙水压力的精确度较高,能够节约大量工程勘察时间,能有效拓展孔压静力触探试验在岩土工程勘察中的应用。     

不同固结度冻融软土动载下孔压模型

以冻结温度和融土初始固结度为影响因素,通过室内动三轴试验对地铁循环荷载作用下冻融软土的孔压发展规律进行研究.结合试验数据,建立了考虑冻结温度和融土初始固结度的影响因素的冻融土动孔压累积试验模型.研究表明,冻融作用改变土体内部颗粒联结形式和孔隙结构,导致在循环荷载作用下冻融土动孔压累积速率加快;冻结温度越低,冻融土孔压发展速率越快,且在振动后期的稳定孔压值越高;冻融土初始固结度对孔压发展有影响,初始固结度越高,孔压发展越缓慢,且稳定值越低;低温冻结和低初始固结度的耦合作用加剧了冻融土孔压的累积,使其结构进一步软化.     

不同固结度冻融软土动载下孔压模型试验研究

以冻结温度和融土初始固结度为影响因素,通过室内动三轴试验对地铁循环荷载作用下冻融软土的孔压发展规律进行研究.结合试验数据,建立了考虑冻结温度和融土初始固结度的影响因素的冻融土动孔压累积试验模型.研究表明,冻融作用改变土体内部颗粒联结形式和孔隙结构,导致在循环荷载作用下冻融土动孔压累积速率加快;冻结温度越低,冻融土孔压发展速率越快,且在振动后期的稳定孔压值越高;冻融土初始固结度对孔压发展有影响,初始固结度越高,孔压发展越缓慢,且稳定值越低;低温冻结和低初始固结度的耦合作用加剧了冻融土孔压的累积,使其结构进一步软化.     

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.     

考虑含水层非稳定流的弱透水层-维固结解答

基于一维固结理论,采用抽水条件下含水层非稳定水位作为弱透水层固结边界条件,建立含水层抽水引起相邻弱透水层固结的数学模型,利用分离变量法,提出弱透水层的孔隙水压力和固结变形的解析公式,对比分析非稳定孔压和定孔压边界条件下弱透水层的固结发展规律.结果表明:考虑含水层非稳定流的弱透水层一维固结解较真实地反映抽水期间弱透水层中孔压消散和固结变形规律,为含水层抽水条件下弱透水层固结问题的合理分析提供了一条新的途径.     

饱和砂的动孔压演化特性试验研究

利用GDS 10 Hz/20 kN双向振动三轴系统,对饱和砂进行不排水动三轴液化试验,研究了液化进程中动孔压的发展规律,并阐述了动孔压的演化机理.基于试验结果,提出适用于饱和砂的动孔压应变模型.该模型直接和动力分析中应变幅相联系,能够弥补应力模型的不足,并具有较好的适用性.等压固结条件下,动应力和固结压力对动孔压比与动应变比的关系影响较小,动孔压发展规律可近似用同一模型表示.不同动应力和固结压力作用下,饱和砂土动孔压的增长模式用Seed提出的孔压应力模型描述时,试验常数可取相同值.     

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．     

土体中电现象的应用

介绍了5种主要的土体电现象，及其在加筋，固结，环境治理等方面的应用，并对土 的电渗固结进行了理论分析，由此得出：在施加电场的情况下，孔压消散加快，随着时间的增加，孔压可以达到负值，另外，土体固结度增加，相应的土体电动固结后的含水量低于加载固结，这些结论与NettletonI.M.的一系列试验结果比较吻合。     

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.     

主应力轴旋转下高偏压固结粉土动力特性

为研究不同固结方式对粉土在波浪荷载引起主应力轴循环旋转下的性状影响,对长江入海口相对密实度为70%的饱和粉土进行试验。采用空心圆柱仪对重塑粉土试样,进行了固结比为1和2条件下,恒定剪应力幅值的主应力轴循环旋转动力加载,并对相关孔压、应变等数据进行数值拟合分析。结果表明,主应力轴旋转下,固结比为1的试样,随动剪应力增大,孔压开展由三阶段两相态点模式转化为二阶段单相态点模式,而主应变差则在0.2%~0.5%这一小应变范围内发生崩塌;固结比为2的试样,孔压开展仅有二阶段单相态点模式,且孔压比至0.45保持稳定,主应变差则能平稳开展至较大幅值,比等向固结试样有更高动强度。最后采用修正Seed模型及双曲线模型分别对等压及偏压固结试样的孔压开展进行了预测。研究结果较好地揭示了不同固结比粉土在主应力轴旋转下的宏观性状差异。     

冲击荷载作用下软粘土变形和孔压的若干问题

研究饱和软粘土的预剪及后固结性能,对饱和软粘土在冲击荷载作用下变形和孔压的一些规律作进一步探讨,另外,在大量试验基础上,建立了一个冲击荷载作用下孔隙水压力的计算模式,并对影响孔压发展的诸如土性、固结应力状态、荷载强度等因素进行了简要分析,试图从另一一个角度定量分析影响孔压发展的各种因素。     

变孔压边界地基土一维非线性固结解答

针对土体的非线性固结特性和实际工程中存在的变孔压排水边界,在土体一维非线性固结理论的基础上,提出严格满足初始条件的变孔压排水边界条件,建立了考虑变孔压排水边界条件的一维非线性固结模型,并给出了相应的解析解。在验证解析解正确性的基础上,探讨了按变形定义固结度Us和按孔隙水压力定义固结度Up之间的差异,总结了土的非线性特性和边界条件等因素对土体固结过程的影响规律。     

多功能CPTU与我国CPT液化判别对比试验研究

考虑到孔压静力触探(CPTU)能够同时获取静力触探(CPT)及孔隙水压力测试结果,结合济宁-徐州高速公路液化场地CPT和CPTU测试资料,采用我国规范法、通用Robertson法(CPT法)和Juang法(CPTU法)对场地进行了液化评价.利用CPTU土分类图及其状态指标等值线、超孔压、归一化超孔压和新的联合图法对土体...     

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。     

循环荷载作用下心墙掺砾土动应力应变孔压模型

动力荷载作用下,心墙掺砾土的累积塑性变形和孔隙水压力的发展对心墙防渗体的安全至关重要.基于Bouc-Wen光滑滞回模型,考虑滞回圈捏拢效应,结合非关联流动法则,建立本构模型,模拟循环过程中土体产生的累积塑性应变和增长的孔压.通过糯扎渡心墙掺砾土均压固结和偏压固结状态的循环三轴试验,研究其动应力应变关系及孔压响应.将模型曲线与试验曲线进行对比分析,验证模型描述掺砾土动应力应变关系的合理性和有效性.