含水层砂土压缩变形特性及数学描述

基于FlowTracⅡ增量固结试验系统,通过控制孔隙水压力设计模拟符合承压含水层砂土应力状态和满足抽水条件应力路径的压缩试验,得到了砂土应变与时间关系曲线,探讨分析不同抽水模式作用对含水层砂土压缩变形特性的影响。试验结果表明:在抽水作用下,砂土压缩变形具有非线性和时效性特征;在相同前期固结压力下,砂土压缩变形量随着抽水强度的增加而增大,且变形稳定所需时间也越长;在稳压抽水作用下,砂土的应变率与时间在双对数坐标中呈现较明显的线性关系,其斜率受抽水强度和抽水速率的影响。建立了考虑抽水强度和抽水速率影响的砂土压缩变形与时间、应力的归一化经验公式。研究成果揭示了不同抽水模式下含水层砂土的压缩变形特性,为合理评价抽水引起的地面沉降提供试验依据。     

基坑开挖应力路径对土体变形影响试验研究

针对基坑开挖过程中复杂应力路径对土体变形特性影响情况开展研究.通过室内试验对基坑开挖全过程进行了模拟,探讨了复杂应力路径下原状土应力-应变关系及孔隙水压变化特征;并对比分析了常规三轴压缩试验与应力路径试验下土体变形性状的差异.试验结果表明:土体的应力-应变关系和孔隙压力受应力路径和初始固结应力的影响明显;常规三轴压缩试验与应力路径试验下的土体应力-应变关系存在较大差异.     

冰川泥石流物源区冰碛土剪切力学特性研究

为研究冰川泥石流物源区松散堆积体的剪切破坏行为及其剪切强度特性,选取帕隆藏布流域3条泥石流沟道内的冰碛土作为主要研究对象,进行室内常规三轴饱和状态下不排水剪切试验,获得冰碛土在不同应力状态下的剪切变形特征、孔隙水压力变化以及强度特性,分析不同泥石流沟内冰碛土孔隙水压力对土体破坏的作用机制.结果表明,冰碛土的应力-应变关...     

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。     

不同应力状态下孔隙结构特征对土-水特征曲线的影响

针对传统土-水特征曲线测试仪无法实现荷载作用的不足,研制吸力控制式三轴试验装置,开展不同应力状态作用下土-水特征曲线试验,讨论应力状态对孔隙特征的作用,结果表明,固结压力和基质吸力均能使土体产生不可逆的收缩变形.固结压力越大,土颗粒就越紧密,孔隙比越小,孔隙尺寸和数量越小,渗透性越差,表现出较好的持水能力,空气难以进入土体,土体排水困难,导致进气值增大和减湿率减小.土-水特征曲线与孔隙结构特征的关系紧密,与应力状态无直接关系.固结压力对土-水特征曲线的影响是通过改变孔隙结构特征来体现的.孔隙结构特征相近时,应力状态对其土-水特征曲线不会产生影响.     

循环荷载下尾矿粉土的孔隙水压力特性

为了解尾矿粉土在振动作用下的孔隙水压力特性,采用GDS动三轴试验系统对尾矿粉土进行了循环荷载试验,通过施加循环应力使尾矿粉土达到完全液化状态,研究了相对密度及固结围压对尾矿粉土孔隙水压力特性的影响.研究结果表明,尾矿粉土的孔压增长过程可分为4个阶段:孔压快速增长阶段、孔压稳定增长阶段、结构破坏阶段及完全液化阶段;相对密度及围压的增加可以提高其抗液化能力.对比尾矿粉土及砂土试验结果发现:循环荷载作用下尾矿粉土的孔隙水压力特性与砂土不同,其孔压增长规律可用一个双S型模型描述,该模型对粉土和砂土均具有较好的适用性.     

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.     

回灌开启时间对地层沉降与应力应变的影响

在天津、上海等沿海地区基坑工程中,由于地下水位较高且含水层分布广泛,当基坑抗突涌稳定安全系数不足时,需对承压含水层减压抽水.根据有效应力原则,减压抽水可导致有效应力上升,加剧基坑外沉降.在基坑施工期间,可使用回灌作为有效的沉降控制措施来保护基坑周围的重要建筑物.工程实践表明,在长时间减压抽水后回灌,仅能保证沉降不再发展,很难使沉降完全恢复.针对此问题,采用三维流固耦合有限元模型,对比分析减压井和回灌井在先灌后抽、同灌同抽、先抽后灌3种方案下土体应力应变特征.研究表明,回灌井与减压井开启顺序对地表沉降影响显著,先抽后灌造成地表沉降最大,沉降值与回灌前抽水时间呈正相关.造成沉降差异的主要原因是上覆弱透水层在不同方案下应力路径不同,从而导致塑性压缩变形不同.在先抽后灌方案中,上覆弱透水层有效应力先升后降,受前期固结压力与回弹模量影响,上覆弱透水层可产生较高的压缩变形.因此,在实际工程中应尽量保证同抽同灌.同时,当抽水量恒定时,相邻弱透水层渗透系数也会改变土体竖向变形分布,下卧弱透水层渗透性越强,地表沉降越小,而上覆弱透水层的渗透性对地表沉降影响较小.     

南水北调中线工程砂土地震液化和变形破坏动力数值分析——以漳河河漫滩段为例

砂土液化问题一直是土动力学与岩土地震工程研究领域的重要课题之一.基于南水北调中线一期工程总干渠漳河河漫滩段工程,通过现场和室内试验获取岩土体的动力学参数,利用岩土数值分析FLAC3D软件,砂土本构模型选为Finn模型,输入近场地邯郸台记录的实际地震波,对渠基砂土地震液化和渠道变形破坏特征进行了动力数值分析.结果表明,在地震作用下,超静孔隙水压力最大值位于渠堤底部砂土层中,但渠堤底部砂土层由于初始应力较大,其孔压比不高,不会发生液化;在渠道底部以及渠堤外侧坡面平台至坡脚局部区域土体虽然超孔隙水压力较小,但有效应力小,超孔压比反而大,砂土层发生了液化;在地震作用下变形主要发生在渠堤和浅层地基土里,具有对称性;渠堤边坡的变形破坏主要表现为在渠堤顶面发生震陷和拉裂破坏,在坡脚处发生水平侧向流动和挤压隆起变形.计算过程中,在渠堤及地基的不同位置设置监测点,得到了地震作用过程中不同位置处超孔隙水压力、有效应力和位移的动态变化规律.通过剪应变增量判断,在地震力作用下渠堤及地基中形成了贯通的剪切滑动面,易发生整体滑动破坏.研究成果对南水北调砂土液化特性的认识和防治有一定的意义.     

天然沉积结构性土的EOP压缩特性

通过对天然沉积原状土和重塑土进行不同排水距离的固结试验,研究了重塑土和原状土的EOP压缩性状,明确了两者性状不同的原因.对于天然沉积结构性土,当固结压力小于结构屈服压力时,土结构性抵抗了土体的变形趋势,蠕动变形甚微,排水路径对其主固结应变量影响不大;当土体处于临界屈服状态时,土结构性丧失,大孔隙坍塌,蠕动变形速率骤增,外加应力引起固结作用而产生的EOP变形量将由于土体较大的蠕交作用而对排水路径产生较大的依赖性,随着固结压力的增大,依赖性逐渐减弱.对于重塑土,排水路径和应力水平对EOP性状的影响规律与原状土屈服后的性状一致,但是由于其EOP压缩曲线位于原状土的下方,相同有效应力下具有较小的孔隙骨架,排水路径和应力水平对EOP性状的影响程度较原状土小.