粉喷桩施工过程对桩周土影响机理分析

通过对现有粉喷桩施工过程喷粉压力的分析,提出了粉喷桩施工过程喷粉压力对桩周土体作用的分析模型,该模型可以考虑施工过程桩周土体中超静孔隙水压力随深度变化.分析了粉喷桩施工过程的桩周土体超静孔隙水压力产生与消散规律.利用平面圆柱扩张理论分析某一深度处超静孔隙水压力,求解出粉喷桩施工对桩周土体产生塑性区半径大小的解析式.由理论计算结果与实测结果表明,桩边附近的超静孔隙水压力的理论值与实测值较为吻合,而由于假设条件与实际情况存在着一定的差异,导致理论计算结果的塑性区半径偏大.但由理论计算表明,理论公式能较好反映粉喷桩施工对桩周土体的影响规律.     

基于桩周土体固结的静压桩承载力时效性研究

基于静止土压力系数K_0固结饱和原状土体超静孔隙水压力消散的解析解,根据沉入低渗透性饱和土体中静压桩承载力与超静孔隙水压力消散程度的相关性,得到其在沉桩后不同休止时期极限承载力的理论解,实现静压桩在任意休止时间承载力的预测。与其他解不同,该理论解采用更符合天然土体实际工作性状的K_0固结土体弹塑性模型,能够考虑不等向固结和应力等多种因素影响,并同时考虑桩侧和桩端土体固结对静压桩承载力时效性的贡献。工程实例分析结果表明:沉桩施工所产生的超静孔隙水压力、不同时间的消散值以及不同休止时间承载力的实测值与理论值较吻合,证明解的合理性。     

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.     

考虑吸湿和脱湿影响的一维降雨入渗数值模拟

在分析非饱和渗流时,土水特征曲线(SWCC)起着至关重要的作用.吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线存在显著的滞后现象,对降雨入渗土体中孔隙水压力的分布有明显影响.采用两种计算模型,运用吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线,对一维降雨入渗土体非饱和-饱和-非饱和全过程进行数值模拟,对比分析了计算模型以及吸湿和脱湿,对降雨入渗过程中土体的孔隙水压力分布的影响.     

降雨入渗对边坡稳定性的影响研究

为了研究西藏林芝特有土质边坡在降雨入渗条件下的稳定性,在饱和-非饱和土理论的基础上,利用有限元软件对边坡在发生降雨入渗后土体的孔隙水压力和变形两个方面进行研究.通过数值模拟结果可知,发生降雨后边坡的孔隙水压力与降雨前相比有所上升,并且随着降雨历时的增加,孔隙水压力的影响深度也在持续增加,但在15 m以下的土体中,孔隙水压力随雨水入渗的变化相对较小,说明达到一定的深度后降雨对土体的抗剪强度影响较小;另一方面,雨水的入渗导致了边坡在水平和竖直两个方向的变形,变形的形式主要表现为坡顶的向下沉陷和坡脚处向外侧的移动,并且随着降雨时间的增长变形在不断地增加,导致边坡存在发生滑动变形的趋势.     

砾石土心墙堆石坝心墙孔隙水压力分析

土石坝的碾压施工会在大坝心墙中产生较高的超静孔隙水压力.对高土石坝,施工期心墙内产生的超静孔隙水压力难以有效消散,使得心墙内长期存在较高的孔隙水压力,导致其有效应力降低,影响心墙的工作性态和大坝稳定性.以某砾石土心墙监测资料为基础,分析了心墙填筑及水库蓄水对孔隙水压力及其变化的影响.提出了一种计算堆石坝心墙孔隙水压力消散的简化方法,即竖向受压而水平排水的一维固结方法.将其应用于心墙填筑完成后库水位保持不变时段的心墙孔隙水压力消散计算,通过计算值与实测值的比较,验证了心墙孔隙水压力简化计算方法的合理性;并进一步计算了心墙测点的固结过程,发现其固结度达到95%所需的时间长达10~30a,其中前10a各测点的固结度均已达到了70%.     

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.     

竖向荷载作用下复合桩加固液化土沉降分析

为进一步研究复合桩加固液化土在地震荷载作用下桩体沉降变形,利用振动台对钢管—碎石桩加固的复合地基模型在不同荷载作用下进行对比试验。施加0 kg、0.5 kg、1.0 kg、1.5 kg、2.0 kg、2.5 kg六组竖向荷载下,对复合桩加固模型振动过程中不同埋深处超静孔隙水压力和地基沉降进行对比分析,揭示钢管—碎石桩复合加固模型超静孔隙水压力、沉降随荷载的变化规律。结果表明:同一竖向荷载下埋深越大孔隙水压力越大,孔隙水压力的峰值也越大;不同竖向荷载下,不仅随着荷载增大超静孔隙水压力峰值变大,而且超静孔隙水压力随荷载增大消散明显加快,说明竖向荷载作用加速了碎石桩排水功能;施加不同荷载,桩体沉降均随振动时间先缓慢增加又急速增大最后趋于平缓,竖向加荷1.0 kg成为突变点;随着碎石桩的排水,孔隙水压力逐渐消散,土体变密,超静孔隙水压力减小,液化土强度增强,桩周土体对桩约束力增强,桩体的沉降量减小。说明荷载作用下钢管—碎石桩加固复合地基对预防土体液化和提高地基承载力效果明显,并得出沉降量随时间变化的曲线方程,为今后复合桩加固液化土地基的应用提供一定参考。     

软弱路基填土中地基超孔隙水压力变化探讨

为了研究软土地基在填土荷载作用下超孔隙水压力的变化特性,利用大型有限元分析软件ADINA,以实际工程条件为例建立数值计算模型,分析了填土荷载变化与超孔隙水压力的关系.结果表明:路基土体中超孔隙水压力由于分级填土加载缘故,在7级加载完成时,土中水来不及排出,超孔隙水压力骤升,之后随着路基土体固结,超孔隙水压力逐渐消散;填土加载完毕时超孔隙水压力增加到最大值;填土结束300d时,超孔隙水压力逐渐降低,超过33％的超孔隙水压力消散完毕.     

沉桩过程土体超静孔隙水压力变化规律研究

从空间圆孔扩张理论出发,提出了超静孔隙水压力随径向和深度方向变化的分布公式;并结合弹塑区连续理论,给出了沿深度线性增加,沿径向对数衰减的简化计算公式。同时考虑到沉桩速率对超静孔隙水压力的影响,结合圆孔扩张理论,推导获得沉桩时产生的孔隙水压力与沉桩速率之间的关系;并利用abaqus有限元对沉桩过程土体超静孔隙水压力变化进行数值分析,对工程中静压桩施工的控制,合理安排沉桩流程、沉桩速率,有一定的实际意义。     

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.     

甘肃黑方台突发型黄土滑坡形成过程的物理模拟

中国黑方台地区发育了大量突发型黄土滑坡,这类滑坡变形破坏过程中伴随了显著的超孔隙水压力,通过现场调查概化这类滑坡的特征建立模型进行室内物理模拟,还原了这类滑坡的变形破坏过程,并分析了孔隙水压力与位移的响应规律,结果表明:滑坡变形前地下水产生的孔隙水压力需要达到一定程度,坡体破坏前出现了持续性的缓慢蠕动,在此期间滑坡体后方的孔隙水压力产生波动导致变形加快,进一步促使滑坡体内部产生超孔隙水压力,最终使土体产生显著的超孔隙水压力导致滑坡失稳破坏。黑方台地下水产生的静孔隙水压力是使突发型滑坡产生蠕动变形的原因,而蠕动变形导致的孔隙水压力波动是造成滑坡变形突增失稳破坏的诱因。     

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。     

开挖卸载负孔压的消散对围护结构的影响

分析并讨论了基坑开挖卸载情况下坑底和周围土体中起静孔压的消散规律，基于太沙基扩散方程，推导了由于开挖引起的超静孔压和有效应力的计算公式．通过算例分析研究了超静孔压消散对围护结构侧压力的影响，认为负的超静孔压的消散不利于基坑的稳定，快速施工可以充分利用开挖引起的负孔压．     

考虑甲烷溶解的天然气水合物分解超孔隙水压力

天然气水合物的分解会生成大量气体和水,在土层渗透性较差的情况下,大量气体无法及时溢出,压力不易传导到外部,使土层的超孔隙水压力迅速增大,有效应力降低,同时水合物分解后其自身与沉积物的胶结作用大幅减小,导致沉积物强度降低,发生大规模变形或失稳,进而引发海底失稳等灾害。基于热力学基本理论,建立了考虑水合物分解产生的甲烷气体部分溶解的超孔隙水压力模型,并对其影响因素进行讨论,最后针对南海工况研究水合物分解对海床稳定性的影响。结果表明,水合物分解产生的超孔隙水压力随着水合物分解先迅速增大后缓慢增长最后趋于稳定;初始饱和度、塑性指数、水深、沉积物埋深、内摩擦角等是影响水合物分解产生的超孔隙水压力的关键影响因素;影响海床稳定性的关键不利因素是超孔隙水压力聚积而非土体强度弱化;生成的甲烷气体二次溶解使超孔隙水压力减小,一定程度上缓解了斜坡的滑动。     

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。     

考虑流变特性的正常固结土一维固结分析

引入修正的孔隙比变化值和时间对数的线性关系式来描述正常固结饱和黏土固结过程中的流变现象,修正了太沙基一维固结方程,并给出了有限体积法数值计算格式．据此探讨了流变参数对正常固结土固结过程的影响．计算结果表明,流变效应延缓了黏土层的整体孔压消散进度,降低了固结速度,并且出现了类似曼德尔效应的现象,即在加载的初期,在远离排水面的地方,超孔压有所升高．同时,计算结果还表明,荷载大小也会影响到流变固结进程．     

考虑坑外渗流自由面变化的基坑工程性状分析

通过对基坑工程进行考虑孔压消散与变形耦合效应的有限元分析,得到了坑外渗流自由面随时间的变化规律,并研究了坑外渗流自由面变化对基坑内外超静孔压、土水势以及基坑变形的影响.研究表明,考虑坑外渗流自由面变化时,坑内外的超静孔压和土水势都减小;坑外渗流自由面的变化使得坑外水压力减小,有效应力增加,并引起坑内外的水头差降低,因而使得支护墙的水平位移和坑底的隆起变形减小,坑后的地表沉降增加.     

非饱和土受荷后的单向初期变形和固结变形

为建立一维非饱和土固结简化计算方法,首先将非饱和土的固结过程分为初期压密、气压消散和水压消散3个阶段并假定初期压密和气压消散这2个过程是瞬时完成的,然后再单独考虑水压的消散过程.实例模拟结果表明:简化方法能基本反映饱和度不太高的非饱和土的固结过程;饱和度超过85%时,气压消散存在一个较长的历时过程,简化计算方法不宜采用.     

软土地区储罐群地基沉降的三维数值模拟

在软土地区修建储罐群的过程中,不均匀沉降成为工程的主要控制因素之一.由于沉降问题受到储罐间距、孔隙水压力变化等动态因素的影响,使得问题的解决趋于复杂.运用FLAC~(3D)数值模拟软件,建立三维非线性有限差分模型,综合各种变化因素的影响,研究软土地区不同净距的储罐群地基的变形及应力分布,模拟分析不同净距对储罐沉降和沉降差的影响.结果表明,在考虑地基土附加应力和超孔隙水压力共同作用时,储罐净距为0.6D(D为储罐直径)左右时比较合理.