深厚软黏土地基中大直径单桩基础现场水平受荷试验及 p-y 曲线适用性研究

基于某海上风电场开展的单桩水平受荷特性现场试验,研究了深厚软黏土中2.4. m 大直径钢管桩荷载-位移响应、桩身挠度及桩身弯矩规律;探讨了m法、 API 规范法和双曲线型p-y曲线在软黏土地基中的适用性,并建立数值模型对不同直径单桩基础的水平承载力贡献因素进行分析。结果表明: API 规范法与双曲线型p-y曲线在浅层土中p-y曲线初始刚度与桩周土抗力偏大,双曲线型p-y曲线在一定深度下能够较好地预测土反力随位移的变化关系,m法与双曲线型p-y曲线计算得出的水平位移较实测值偏小,结果偏向不安全, API 规范法计算结果相比实测值较大,计算结果较为保守;随着桩径增大,单桩基础的侧摩阻力和基底抗力对水平承载力贡献也会随之增大,双曲线型p-y曲线会严重低估单桩的水平承载力。     

软粘土中水平荷载模型桩的试验研究

对水平静力荷载作用下软粘土中导管架海洋平台桩基的模型进行了试验研究.用多项式拟合法和加权残值法(WR)对试验数据进行处理,得到了土抗力的分布,并对两种方法进行了比较.将利用加权残值法得到的p-y曲线与API建议的软粘土p-y曲线进行了比较,并根据试验数据用折减系数法对API建议的软粘土p-y曲线进行了修正.研究结果表明,加权残值法比多项式拟合法得到的土抗力分布曲线更合理,试验软粘土的p-y曲线在泥面附近处低于API建议曲线,由修正的p-y曲线得到的模型桩的数值分析结果与试验值吻合较好.     

软粘土中水平荷载模型桩的试验研究

对水平静力荷载作用下软粘土中导管架海洋平台桩基的模型进行了试验研究。用多项式拟合法和加权残值法(WR)对试验数据进行处理,得到了土抗力的分布,并对两种方法进行了比较。将利用加权残值法得到的p-y曲线与API建议的软粘土p-y曲线进行了比较,并根据试验数据用折减系数法对API建议的软粘土p-y曲线进行了修正。研究结果表明,加权残值法比多项式拟合法得到的土抗力分布曲线更合理,试验软粘土的p-y曲线在泥面附近处低于API建议曲线,由修正的p-y曲线得到的模型桩的数值分析结果与试验值吻合较好。     

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。     

粉质黏土与再生混凝土接触面剪切特性试验研究

采用大型直剪仪进行粉质黏土与再生混凝土及普通混凝土的接触面剪切试验,用建筑垃圾和铁尾矿配制再生混凝土,接触面采用在粉质黏土上现浇混凝土形成,研究不同法向应力下接触面的剪切特性。试验结果表明：再生混凝土接触面的剪切位移-剪应力(w-τ)曲线与普通混凝土接触面的类似,接触面的抗剪强度与法向应力呈线性关系,在相同法向应力下再生混凝土接触面的抗剪强度大于普通混凝土接触面的抗剪强度,两种接触面的抗剪强度均小于土体自身的抗剪强度;接触面的初始剪切刚度模量随着法向应力的增加而增大,剪切刚度模量与大气压强的比值(G/Pa)和法向应力与大气压强的比值(σ/Pa)在双对数坐标系上呈线性关系。     

不同锯齿高度对软弱结构面剪切特性的影响

为分析不同法向应力与锯齿高度情况下软弱结构面的剪切行为,通过数值方法建立不同锯齿高度情况下的结构面计算模型,模拟在不同法向应力情况下的直剪试验,探讨结构面抗剪强度峰值前后的应力应变关系。建立剪胀角?与锯齿高度h之间的线性关系表达式。研究结果表明:随着锯齿高度增大,峰值抗剪强度对应的位移逐渐增大;应变软化阶段应力下降的速率呈先减小后增大的趋势,当锯齿高度与夹层厚度相同时达到最小值;峰值抗剪强度与残余抗剪强度均随锯齿高度的增大而呈线性增大,当锯齿高度达到一定值后,残余强度不发生变化;当锯齿高度较大如80 mm时,结构面法向应力与抗剪强度之间呈现显著的线性关系,而当锯齿高度较小时,两者之间的关系表现出一定的非线性特征,并且此时对应较小法向应力的剪切强度基本相同;随着法向应力增大,应变软化阶段应力下降的速率不断减小,残余强度与峰值强度的比值呈先增大后减小的趋势,最大值为0.961 4。     

黄土中联合板索基础的抗拔承载力变化规律及其影响因素

 假设黄土为符合Mohr-Coulomb 屈服准则的理想弹塑性材料且锚板为刚性体, 采用有限差分模拟软件FLAC^3D建立三维数值模型, 利用接触面单元分析联合板索基础锚板上拔过程中黄土变形破坏机理, 研究了锚板抗拔承载力的变化规律及其影响因素。结果表明, 锚板的抗拔承载力随着锚板埋置深度的增加呈现近似线性增大, 但当埋深超过临界深度时锚板抗拔承载力趋于定值;增大锚板面积能够提高总承载力, 但单位面积承载力会下降;相同面积条件下, 圆形锚板抗拔承载力最大, 方形锚板次之, 矩形锚板抗拔承载力随着长宽比的增大而逐渐减小;锚板抗拔承载力随土体抗剪强度的增大而增大, 提升地基土体的抗剪强度指标(特别是黏聚力), 能够有效提高联合板索基础的抗拔承载力。     

基于原位孔内剪切试验的残积土强度指标及风化程度影响评价

为了研究花岗岩残积土原位力学特性及受风化程度的影响,开展孔内剪切试验(BST)以获取土体的原位抗剪强度指标,同时结合大型原位剪切(LDS)试验与室内直剪(DS)试验对不同测试方法的差异进行分析.试验结果表明,由BST得到的花岗岩残积土应力-应变关系曲线呈应变硬化型特征,峰值应力与法向应力呈正相关的线性关系;被测残积土是一种高渗透性饱和土,剪切时孔壁土体的排水速度较快而发生自由体变,由BST获取的强度指标近似为饱和土的有效强度指标;大型原位剪切试验与孔内剪切试验获得的强度指标较为接近,但由室内直剪试验得到的强度指标数明显比原位试验结果小,说明取样扰动对土体力学特性造成了不可逆的损伤;根据土体的砾粒含量表征花岗岩残积土的风化程度,由BST测试结果得到的有效内摩擦角与砾粒含量之间保持正相关的线性关系,有效黏聚力与砾粒含量之间保持负相关的线性关系;从SEM的结果认为砾粒含量的增加一方面使得砾粒颗粒间的咬合摩擦力增长;另一方面降低了黏土颗粒间的胶结作用,在宏观上表现为内摩擦角指标的增大和黏聚力的减小.     

基于吸应力的非饱和黄土抗剪强度研究

文章通过滤纸法与直剪试验相结合的方法,得到了非饱和原状黄土土水特征曲线和抗剪强度,分析了基于吸应力下的非饱和原状黄土的抗剪强度。试验结果表明:非饱和原状黄土的抗剪强度随基质吸力的增大表现为非线性增大,并逐渐趋于稳定,与土水特征曲线的变化规律基本一致;表观黏聚力随基质吸力的增大表现为非线性增大,尤其在毛细发挥段和水膜吸附段该趋势变得非常明显;表观内摩擦角随基质吸力的增大呈稍微增大的趋势;与表观内摩擦角相比,表观黏聚力的增加幅度较大,因此基质吸力对抗剪强度的贡献更多地体现在表观黏聚力上。通过吸应力概念得到了非饱和原状黄土的表观黏聚力;当土体含水率大于塑限时,基于吸应力公式计算的表观黏聚力与试验结果基本一致;当土体含水率小于塑限时,运用吸应力公式计算的表观黏聚力远远大于试验结果。因此,在含水率较高时,可用吸应力下的抗剪强度公式预测非饱和原状土抗剪强度;在含水率较低时,基于吸应力下的抗剪强度公式是不适用的。     

冲刷条件下考虑软粘土应力历史的水平向受荷桩承载性能分析

冲刷会带走桥梁基础附近的土体导致桥梁承载力降低。大部分桥梁事故的发生都和冲刷有关,因此评估冲刷对桥梁安全性的影响格外重要。在实际的生产过程中,对桥梁桩基在冲刷条件下稳定性的评估往往是通过简单地移除桩基附近的土体得到的,但是忽略了剩余土体应力历史的改变。实际上,剩余土体在冲刷作用带走其上覆土体时经历了卸荷的过程,从而导致其超固结比增加。本文在使用p-y曲线理论分析水平向受荷桩时考虑了软粘土的应力历史。为了说明应力历史的影响,对传统的p-y曲线进行修正,计算不同冲刷深度下水平向受荷桩的响应,并通过一个案例来比较考虑和未考虑应力历史影响的计算结果。结果表明考虑了应力历史影响后极限土阻力会下降21.8-32.7%,忽略软粘土的应力历史将导致在设计冲刷条件下的水平向受荷桩时偏不保守。     

岳阳地区典型黏性土地基抗剪强度指标经验公式研究

针对岳阳地区典型的黏性土地基,进行了不同排水条件下的直剪试验,获得了大量直剪强度指标试验数据．基于试验数据的整理,提出了抗剪强度指标归一化参数的概念及定义式;对不同条件下的归一化参数分析表明,影响该参数的主要因素是液性指数,并给出了4个归一化参数随液性指数的变化曲线和相应的经验公式．基于归一化参数及快剪强度指标,可计算出更耗时的固结快剪、固结慢剪抗剪强度指标．本文研究思路和经验公式可为岳阳地区典型黏性土地基抗剪强度指标的确定提供新的途径,该方法可推广至其它地区或其它类型地基土的抗剪强度指标的确定．     

扰动程度对湛江组结构性黏土触变性的影响

扰动对湛江组结构性黏土触变性具有重要影响,扰动程度不同,湛江组结构性黏土触变强度恢复程度也不同.为探究扰动程度对湛江组结构性黏土触变性的影响规律,对该土展开室内模型试验研究.基于现场原位十字板剪切试验,设计模型装置,采用室内振动试验模拟土样受扰过程,在不同扰动程度(0、33％、66％、100％)、不同静置时间(0、7、28、56、91 d)下对3种土样进行微型十字板剪切试验,在相同扰动程度(66％)、不同静置时间(0、7、28、56、91 d)下对3种土样进行无侧限抗压强度试验,分别测试各静置时间下的微型十字板不排水抗剪强度和无侧限抗压强度,分析扰动程度对土体触变恢复强度的影响规律.结果 表明:土体扰动时间与扰动程度正相关.在相同扰动程度下,强度恢复程度、触变恢复强度比均随静置时间的增加而增大,触变灵敏度随静置时间的增加而降低;土体结构性越强,强度恢复程度、触变恢复强度比随静置时间增加而增大的幅度和速率越大,触变灵敏度随静置时间增加而降低的幅度和速率越大.在不同扰动程度下,强度恢复程度与扰动程度呈线性关系,触变恢复强度比与扰动程度呈反比例关系.     

深厚软弱地层地下连续墙槽壁稳定性分析

考虑土体的分层特征,假定槽壁破坏体为具有倾斜滑动面的三维楔形体,基于土体极限平衡原理推导了深厚软弱地层中地下连续墙槽壁的稳定安全系数表达式。提出以强度等效原理计算槽壁加固后复合土体抗剪强度指标的方法,进而推导了土体加固后槽壁的稳定安全系数表达式。引用算例验证了槽壁稳定安全系数的有效性并结合工程实例对深厚软弱地层中槽壁的稳定性影响因素进行了详细分析。结果表明,软弱土层的槽壁失稳现象更容易出现在浅层部位,加固后槽壁失稳可能出现在深层部位。减小槽段施工长度、增加泥浆比重和液面高度、增大加固体厚度和强度、降低地面超载和地下水位等措施均有利于富水软弱地层中地下连续墙槽壁的稳定性。     

套管抗挤强度统计分析研究

针对美国石油协会的套管抗挤强度计算公式与实测套管挤毁压力差距较大的问题,利用统计学方法,详细分析了套管实物挤毁试验检测数据,得到了各因素影响套管抗挤强度的定量指标.研究表明,套管抗挤强度主要由径厚比决定;套管计算屈服外压和失稳外压等其他参数及其交互作用对套管的抗挤强度也有显著影响;套管外径和壁厚数据的变异系数比外径不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响更显著.最后给出了套管抗挤强度统计计算公式,为生产厂和用户提供了预测套管抗挤强度的简单实用的计算方法.     

Pb（II）污染土抗剪强度及电阻率特性研究

通过研究不同铅污染含量在快剪试验中的抗剪强度和电阻率的变化,探讨了剪应力和剪切位移、抗剪强度和铅污染含量、电阻率和剪切位移及抗剪强度和电阻率的关系。结果表明:铅污染土在剪切过程中没有明显的屈服点,剪应力随剪切位移的增加而增大;受铅污染土壤抗剪强度略大于未污染土壤;铅污染土壤的抗剪强度在5 mg/kg时比未污染土壤大,之后随污染浓度呈现先减小后增大的趋势;电流频率为低频(50 Hz)和高频(50 kHz)时,电阻率随剪切位移变化趋势相同,均先减小后增大,在4 mm左右最小,但50 k Hz时的电阻率曲线更光滑,更能有效地反映铅污染土在剪切破坏的过程中电阻率变化情况,采用电流频率为50 kHz的电阻率能较好地判断铅污染土的剪切破坏位移。     

围压及含水量对重塑膨胀土抗剪强度的影响

为研究围压及含水量对重塑膨胀土抗剪强度的影响,以及进一步确定不同围压及不同含水量与重塑膨胀土抗剪强度的计算公式,分别对含水率为8.5%、10.0%、12.0%的新疆哈密地区膨胀土进行围压为100、150、200 k Pa的不固结不排水三轴直剪试验(UU)。试验结果表明:干密度和含水量一定时,围压越高,重塑膨胀土抗剪强度越大,围压越低,抗剪强度越小。干密度一定时,含水率越高,重塑膨胀土的抗剪强度指标越小,抗剪强度越低,含水率越低,重塑膨胀土的抗剪强度指标越大,抗剪强度越高。通过对试验结果的进一步分析发现黏聚力、内摩擦角和含水率呈良好的线性关系,得出含水率、围压和重塑膨胀土抗剪强度计算公式,计算值与试验值有较高的相符程度,为新疆哈密地区重塑膨胀土的施工提供了一定的理论依据。     

土质边坡土体抗剪强度室内外试验研究

结合具体的滑坡工程,通过8个现场水平推剪试验和4组室内反复直剪试验研究了滑带土的抗剪强度指标变化规律、含水量变化对土体强度参数的影响、峰值强度和残余强度之间的差异等.试验结果表明,对于渐进式滑坡,坡体一般有足够的时间形成其滑动面,因此这类边坡的稳定性依靠的应该是它的残余强度,而不是峰值强度.同时,含水量的变化对土样抗剪强度有很大的影响,遇水作用后其强度下降很快,并随着含水量的增加,土体的峰值强度降低,剪切变形增加,这些特性对边坡稳定性非常不利.最后,与室内直剪试验相比,现场水平推剪试验更能按土体实际受力情况来确定试验应力路径,能保证土样的原始结构和含水状态,并沿潜在的滑动方向进行大面积剪切,是一种合理有效的试验方法,试验所得结果值与土体真实值较接近,其结果一般对工程设计是可靠的.图9,表4,参7.     

基于土水特征曲线的非饱和土强度预测研究

土水特征曲线反映了非饱和土体中的基质吸力与含水量,或者饱和度之间的关系,在非饱和土的渗流、强度、扩散等诸多方面的研究都会涉及土水特征曲线的相关理论。在前人研究的基础上,分析了土水特征曲线产生滞回效应的微观机理,将基质吸力产生的负压力对应于土颗粒间所产生正应力的增量,将体积含水量引入抗剪强度增量公式。认为非饱和土的强度分为土体处在饱和状态时的强度以及由于基质吸力所引起的强度增量两个部分,提出了非饱和土的强度预测公式;并通过定义等效含水率对公式进行修正。通过选取的四种材料参数对所提出的公式进行验证,结果表明强度预测公式与实际情况吻合良好,所提公式具有一定的适用性。在此基础上较为系统地分析了基质吸力对非饱和土体强度的贡献。     

试油封隔器水力锚剪切强度及咬入套管深度分析

轴向载荷作用下,试油封隔器水力锚与套管咬合发生挤压变形,载荷越大,变形越大,严重时甚至导致水力锚剪切失效。为了解与套管咬合过程中试油封隔器水力锚剪切强度及咬入套管深度,根据水力锚结构特点,由能量守恒定律建立水力锚爪牙剪切应力公式、挤压应力公式和咬入套管深度公式,对比分析了常见规格水力锚爪牙咬入P110和TP140两种不同钢级套管的最大深度。算例分析表明,相同载荷作用下,水力锚爪牙所受挤压应力远大于剪切应力;水力锚爪牙与套管之间最大挤压应力和咬入套管最大深度是管柱内外压差的非线性函数;相同内外压差时,水力锚爪牙咬入P110套管时所产生的最大挤压应力比咬入同规格TP140套管时小的多;但咬入P110套管的深度却是咬入TP140套管的114%。     

考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验离散元模拟

为了分析粗粒土的剪切力学特性,采用离散元软件PFC2D模拟考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验,提供了制备可发生破碎的单颗粒粗粒土试样方法,以及改变离散元试样孔隙率的方法。在不同竖向压力作用下对粗粒土试样模拟直剪试验,分析剪应力、体应变与剪切位移的关系,剪切前后应力状态,剪切后速度分布情况。改变粗粒土试样的孔隙率和颗粒间黏聚力,分析粗粒土剪切强度的影响因素。研究表明,试样先剪缩再剪胀,剪应力峰值、残余强度随着竖向压力的增大而增大。应力场受剪前均匀分布,受剪后分布不均匀。剪切带内外颗粒处于不同的运动状态,剪切带内速度变化梯度较大。在相同竖向压力作用下,剪切强度随孔隙率增大而减小,随黏聚力增大而增大。