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.     

不同应力历史条件下软黏土强度时效特性

采用恒定剪切速率的室内试验,对经历不同应力历史的天然软黏土的不排水强度时效特性进行了研究,探讨了软黏土不排水强度的时效特性、有效应力路径、不同应力历史的影响和软黏土应变速率变化对不排水强度的影响规律和影响程度.为了消除土体各向异性对试验结果的影响,对同一土样采用了变剪切速率的试验方法.土样在剪切前,采用了不同应力路径进行固结.试验结果表明,在三轴压缩条件下,剪切速率每提高10倍,不排水抗剪强度平均提高9.7%;三轴拉伸条件下,剪切速率每提高10倍,不排水抗剪强度平均提高7.2%.     

对双向应力椭圆理论的质疑

目前在套管柱强度设计中广泛应用的双向应力椭圆（塑性椭圆）理论，在其推导过程中忽略了与周向应力σｔ具有同等地位、同等重要性的径向应力σｒ，这在理论上是不正确的，并由此导致了椭圆的４个象限出现违背第四强度理论的自相矛盾现象。双向 力椭圆理论曲线与实验数据符合程度不高。所以，应当重新评价双向应力椭的正确性，研究套管柱组合强度设计的新理论。     

对双向应力椭圆理论的质疑

目前在套管柱强度设计中广泛应用的双向应力椭圆 (塑性椭圆 )理论 ,在其推导过程中忽略了与周向应力σt 具有同等地位、同等重要性的径向应力σr,这在理论上是不正确的 ,并由此导致了椭圆的 4个象限出现违背第四强度理论的自相矛盾现象。双向应力椭圆理论曲线与实验数据符合程度不高。所以 ,应当重新评价双向应力椭圆的正确性 ,研究套管柱组合强度设计的新理论。     

应力旋转条件下软黏土非共轴角计算方法

基于空心圆柱扭剪仪对软黏土开展主应力纯旋转、往复旋转及旋转同时增加剪应力这3类典型应力旋转路径下的不排水试验,重点分析应力旋转引起的应变增量方向的变化规律及其影响因素。研究结果表明:3类应力旋转路径引起的应变增量方向与主应力方向之间存在显著的非共轴现象;随着主应力轴的连续旋转,非共轴角基本以90°为周期波动变化,当旋转方向反向时,应变增量方向也跟随突变,应力旋转同时增加剪应力,非共轴角有减小的趋势;剪应力水平、应力旋转方向及应力路径对非共轴角的变化规律影响较显著,中主应力系数对非共轴角的影响则很小。基于Gutierrze提出的应力映射方法建立的非共轴角计算方法能较好地模拟应力旋转路径下软黏土非共轴角的变化规律,并能反映剪应力水平、应力旋转方向及应力路径的影响。     

不同应力路径下黏土的各向异性研究

分析了黏土的应力诱导各向异性发展(消失)的方式及变形特性,对具有不同应力历史的黏土进行了压密试验,在异向压密的时候,都有一些应变是以等方向形式发生的.相同应力状态的黏土,等方向压密以后,具有剪切历史的黏土比具有异向压密历史的黏土的各向异性发展相对小一些.     

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.     

复杂应力路径下粉土的动力特性研究

为了解复杂应力路径下粉土的动力特性,以江苏苏北某地区粉土为研究对象,通过空心圆柱扭剪仪研究复杂应力路径下粉土的动力特性,得到粉土动模量和阻尼比随含水率、干密度、围压等的变化规律。结果表明:在相同动剪应变的情况下,含水率越高,动剪切模量越小;干密度和围压越高,动剪切模量越大。通过对动剪切模量的处理得到残余动剪切模量约为0.2G_(max)。采用Hardin-Drnevich模型对轴向和剪切向骨干曲线进行拟合,得到了复杂应力路径下粉土的动力学参数,最大弹性模量、最大剪切模量和含水率、干密度、围压的线性关系,以及粉土动泊松比的变化范围。研究结果可为粉土地区的工程设计提供参考依据。     

降水对软黏土渗流特性影响的试验研究

在降水后的上海地铁10号线同济大学站基坑工程现场取样,进行不同固结压力下的室内渗透试验,分析了工程降水对上海软黏土渗流特性的影响.忽略土样自重应力,假设土样垂直总应力等于固结压力,孔隙水压力为静止水压力,将垂直渗透系数与固结压力之间的对应关系转化为垂直渗透系数和垂直有效应力间的对应关系,用数学公式描述垂直渗透系数与垂直有效应力之间的数值关系.结果表明,降水作用使上海软黏土渗流特性的各向异性愈加明显,垂直渗透系数的对数与垂直有效应力成线性关系.     

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.     

折线应力路径条件下粉质黏土力学特性试验研究

为了探究先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的变形规律、孔压变化以及强度指标，以济南市某隧道附近的粉质黏土原状土样为研究对象，采用K₀固结先侧向卸荷后轴向加荷不排水剪切试验，并在卸荷阶段选取3个不同的卸荷比，模拟先基坑开挖后坑边大吨位吊装特殊工况下的应力路径，然后进行等压固结不排水常规三轴剪切试验和K₀固结侧向卸荷不排水剪切试验，并对比3种试验结果。结果表明：先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下的偏应力-轴向应变试验曲线为非线性曲线，粉质黏土的破坏强度与卸荷量有关，卸荷量越大，则破坏强度越小；减围压阶段产生负孔压，轴向加压阶段孔压随着轴向应变的增加呈先增大后减小的趋势，在同一初始固结围压下，粉质黏土的卸荷比越小，则剪切时产生的最大孔压越大；先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的卸荷比越大，则有效黏聚力越大，有效内摩擦角越小，与等压固结不排水常规三轴剪切试验相比，有效内摩擦角偏小，有效黏聚力随卸荷比的不同而偏大或偏小。     

分级加载与波浪荷载耦合作用下软黏土动力响应特性

以长江口长兴岛潜堤后方滩涂圈围工程为研究背景,采集堤坝地基土样,根据实际工况应力路径设计不同围压和动静应力组合,对淤泥质软黏土进行动三轴试验,探究地基土在分级施工加载与波浪荷载耦合作用下软黏土应变、孔压特性以及强度弱化特性。研究结果表明:耦合应力加载后土样的应力-应变曲线呈现应变软化和强度弱化特性,分级加载效应可使应变及孔压增量减少,且应变增量、孔压增量与循环振后静强度折减度,均和固结围压、静偏应力比、动偏应力比等因素相关。当动偏应力比相同时,深度较浅土层围压较小,静偏应力比反而较大,其应变与孔压增量越大,静强度衰减越明显。随着动偏应力比增大,土单元的应变增量与孔压增量、强度折减度有不同程度的增大,并且不同深度的差异性较大。在此基础上,分别对强度折减度β、广义综合剪应变γ_gs及广义综合孔压增量比Δu/σ₃进行了量化,并对(γ_gs-β)及(Δu/σ₃-β)相关性进行了探讨。研究结果对于指导具体工程实践具有一定的参考价值。     

双向耦合剪切条件下砂土的变形特性

采用空心圆柱扭剪仪对粉细砂进行一系列偏应力幅值和大主应力角同步增大条件下的剪切排水实验,研究该双向耦合条件下饱和砂土的变形规律和非共轴特性,分析中主应力系数等因素对砂土变形特性的影响。结果表明:砂土在该椭圆应力路径条件下产生了一定的塑性变形,并表现出明显的非共轴特性;随着中主应力系数的增大,土体径向应变和体应变逐渐减小,而环向应变由压应变逐渐转变为拉应变;初始偏应力和偏应力增长幅度对土体变形也有明显的影响,随着这两者的增大,土体的剪应变明显增大,体应变也呈现出由体胀向体缩转化的趋势,非共轴角则呈现减小的趋势。     

粗糙度对红黏土与混凝土接触面循环剪切特性的影响

为了研究结构表面粗糙度对土与结构接触面循环剪切特性的影响,采用大型直剪仪进行了不同粗糙度与不同法向应力条件下红黏土与混凝土接触面的循环剪切试验,分析粗糙度对接触面循环剪切应力与剪切体变的影响规律.试验结果表明:不同条件下接触面都呈现出循环剪切软化特征,同一循环周次接触面剪切强度随粗糙度的增大而增大;循环剪切过程中接触面表现出明显的剪缩特征,接触面最终剪缩量随粗糙度的增大而增大.随着循环次数的增加,接触面剪切刚度和阻尼比逐渐减小并趋于稳定.结构表面粗糙度的增大能提高接触面剪切刚度,但对接触面阻尼比的影响不明显.     

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。     

应力路径对重塑黏土有效抗剪强度参数的影响

为探讨应力路径对黏土有效抗剪强度参数的影响,即临界状态线的惟一性问题,在确保试样的初始状态、应力历史、排水条件、加荷速率、试验仪器、破坏取值标准均一致的前提下,进行了常规三轴压缩与等p三轴压缩应力路径下同种重塑黏土的固结排水剪切试验.得到了两种应力路径下的有效抗剪强度参数和临界状态线参数,试验结果证实不同应力路径下重塑黏土有效抗剪强度参数有较大差别,临界状态线不惟一.定性分析表明:相对于常规三轴压缩路径,重塑黏土在等p三轴压缩路径下具有较低、有效内摩擦角的原因是剪切过程中围压的降低造成侧向卸荷引起的土体抗剪能力下降;产生凝聚力的原因是在排水剪切过程中存在超固结效应.     

地铁荷载下饱和软黏土累积变形特性

针对地铁循环荷载作用下饱和软黏土的变形特性,对上海地铁2号线静安寺站附近的饱和淤泥质黏土进行(GDS)循环三轴试验,试验结果表明,振动次数一定时,累积塑性应变随动应力幅值的增大而增大,随荷载频率的增大而减小;采用正交设计法安排试验,充分考虑了振动次数、荷载频率、动应力幅值以及其两两交互作用等因素对土体累积变形的影响,结合数理统计分析法建立了影响土体变形的影响率及评价方法。研究结果显示,影响地铁隧道轴线变形的主要因素是动应力幅值,而荷载频率与振动次数的交互作用可以忽略,此研究成果对地铁隧道设计具有重要的参考价值。     

应力路径对粉土力学特性的影响试验

应力路径是影响土体强度和变形特性的重要因素,本文利用GDSTAS全自动三轴仪对苏北地区的粉土开展常规三轴压缩、减压三轴压缩、等压压缩3种应力路径的力学特性试验。结果表明:应力路径对粉土应力-应变特性影响显著,常规三轴压缩应力路径下应力-应变特性因围压大小而不同,等压压缩应力路径和减压压缩应力路径下粉土应力-应变特性都为应变软化型,但软化程度不同;不同应力路径下粉土的应力-应变特性可采用应变软化模型和双曲线模型进行拟合,拟合结果较好;相同围压下,常规三轴压缩应力路径下粉土强度最大,轴向应变的变化速率最快,等压压缩应力路径粉土强度次之,减压压缩应力路径强度最低,轴向应变的变化速率最慢。研究结果能为工程中不同应力路径下粉土地基设计计算提供较为可靠的力学指标。     

基于离散元的南海软黏土剪切变形模拟

软黏土剪切变形是决定海洋构筑物、管线安全存在的重要因素,离散元能有效模拟黏土剪切变形。通过对南海神狐海域原状软黏土开展固结不排水三轴试验,得到离散元模拟所需宏观剪切强度参数指标;采用试错法调整细观参数使得双轴压缩模拟结果与室内试验相吻合,标定出一组适用于南海软黏土的细观参数组合。离散元模拟结果得到,在应变达到5.3%时,土体发生破坏,形成一条与X轴反方向为49°的剪切带;应变增加到10%时,倾角增大到57°。测量圆对剪切带内外的应变进行监测得到,剪切带内土体初始应变较大,在达到4%应变后不再继续发生变形;剪切带边缘区域,土体应变持续增大;剪切带外应变较小。一般的室内三轴试验无法得到剪切带内外土体应变变化定量数据,离散元模拟是对室内三轴试验的重要补充。     

软夹层参数对边坡动力特性的影响分析

采用动力有限元分析了软夹层厚度、倾角、埋深等参数对边坡的位移、加速度等动力反应的影响.研究表明:软夹层对边坡动力特性影响显著,在边坡设计和边坡稳定性分析中不能忽视;软夹层越厚滤波和放大效应越明显;软夹层埋深越大,滤波效应越明显;软夹层倾角对滤波效应影响不显著,但对峰值有影响,而逆边坡角的软夹层可以减小边坡表面位移和加速度峰值.研究结论可应用于边坡设计中.