循环荷载下天津软黏土不排水强度弱化模型研究及应用

波浪等循环荷载作用下,饱和软黏土产生超孔隙水压力,土体强度弱化,导致地基承载力和防波堤等近海结构稳定性降低.基于土体强度弱化的原理,建立一种表示土体不排水强度在不同动应力水平下随循环荷载作用次数变化的强度弱化模型.模型通过建立软黏土不排水强度与孔隙水压力增长规律的关系,表示出软黏土不排水强度弱化的具体过程.在有限元软件ABAQUS上进行二次开发,对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算,并与试验数据对比.结果表明,文中建立的强度弱化模型简单准确,能够较好地表示土体不排水强度弱化过程.将模型应用到波浪荷载作用下部分回填换砂处理的软土地基上沉箱结构进行沉降变形分析,并与未考虑土体强度弱化的静力、拟静力有限元分析结果进行对比,研究了强度弱化对结构沉降变形的影响.     

循环荷载作用历史对于滨海黏土不排水强度的影响

通过改进剑桥模型进行数值模拟,探讨了循环荷载作用历史对于饱和滨海黏土不排水抗剪强度的影响。将计算结果与前人建议公式进行了对比,初步得到了循环荷载对于滨海黏土强度的影响机理。     

长期循环荷载作用下饱和软黏土的应变速率

为探讨长期循环荷载作用下饱和黏土的变形性状,对珠江三角洲的典型淤泥质饱和软黏土进行了室内循环三轴试验,重点研究了饱和黏土的残余应变速率.通过对试验结果的分析发现:在长期循环荷载作用下,黏土的应变速率随时间延长而减小,应变速率对数与时间对数间的关系可用直线描述;初始静偏应力与动偏应力的耦合作用以及不同的排水条件对黏土的残余应变速率有较大影响.文中结果为长期循环荷载作用下饱和黏土变形机理的进一步研究提供了理论基础.     

地铁荷载下隧道周围加固软黏土应变累积特性

通过对上海地铁四号线海伦路站附近隧道周围加同软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究了列车循环荷载作用下加固软黏土的累积变形特性.充分考虑土体围压、固结比、轴向循环压力的大小及频率的影响,得到了加固软黏土在各个因素综合影响下的残余应变的变化规律.通过研究发现,可以用对数关系曲线来描述加固软黏土残余应变随振动次数的变化情况...     

随机荷载作用下岩石节理剪切强度特性研究

连续采集某桥梁在随机车流经过时的基础支座反力,以该数据为样本来模拟桥梁的随机车辆荷载谱。以水泥砂浆为相似材料,制作有3种起伏角、3种岩壁强度的共9组人工岩石节理试件。在不同法向应力条件下,对9组试件通过施加随机荷载序列进行循环剪切试验,考察节理剪切强度的变化规律。结果表明,在随机车辆荷载序列的作用下,岩石节理的峰值剪切强度与节理起伏角、法向应力以及岩壁强度均呈正相关关系;岩石节理剪切强度随循环加载次数的增加而降低,且呈现先快后慢的变化趋势;岩石节理剪切强度的劣化速率随节理起伏角的增大、法向应力的增加和岩壁强度的降低而加快。     

上海软黏土强度固有各向异性

采用室内异形十字板试验对上海淤泥质黏土原生结构导致的不排水抗剪强度的固有各向异性特征进行研究.从基坑中取得筒状土样,然后采用两个具有不同长宽比的矩形板头和三个不同角度(30°,45°和60°)的菱形板头进行室内异形十字板剪切试验,得到了原状土在不同方向破坏面上的不排水抗剪强度.结果表明:由于上海软黏土原生结构的影响,在总应力为零的情况下,其不排水抗剪强度随着破坏面与水平面夹角的增大而增大,即破坏面为水平向时强度最小,竖直向时强度最大.十字板试验结果与直剪试验、无侧限抗压强度试验的结果有很好的一致性.推荐采用Casagrande和Carrillo提出的公式来计算上海软黏土各向异性不排水强度.     

荷载与干湿循环协同下红黏土的强度特性与裂隙演化规律

为获取符合工程实际的设计参数,研发一种荷载与干湿循环协同作用下土的直剪试验装置与方法,采用图像处理系统,提出了考虑表面裂隙和侧面裂隙下土的裂隙率计算方法,分析了荷载与干湿循环协同作用下红黏土抗剪强度指标及裂隙演化规律,建立了抗剪强度指标与裂隙率、压实度的关系。结果表明：红黏土在荷载与干湿循环协同作用下,黏聚力随干湿循环次数增加在前3次降低显著,后趋于稳定;随上覆荷载增加先显著增加,后缓慢增加;内摩擦角随干湿循环次数和上覆荷载变化总体在10°范围内波动;表面和侧面裂隙都随着干湿循环次数的增加而不断发育,其中表面裂隙在10 kPa时裂隙宽度达到最大,且大、中裂隙发育最明显,同时侧面裂隙由环向裂隙向纵向裂隙发展;裂隙率随压实度的增大而降低,随干湿循环次数增加而增加,随上覆荷载增加先增加后降低,在上覆荷载为10 kPa时达到最大,黏聚力、内摩擦角与裂隙率、压实度的关系可以用二元非线性函数关系来拟合。此研究可为获取符合工程实际的红黏土设计参数提供参考。     

饱和黏土剪切变形与强度特性试验研究

针对由真空抽吸制样技术制备的饱和重塑黏土,在0.000 2～0.1 mm/s剪切速率范围内.进行了多组应变控制的UU和CU三轴剪切试验,通过对比试验系统地探讨了围压和剪切速率对饱和黏土的应力-应变关系及其强度特性的影响.试验结果表明,饱和黏土的应力-应变关系在低剪切速率下发生应变强化.而在高剪切速率下出现峰值强度和应变软化,不排水强度随剪切速率的增加而增大,增长幅度可达70%.但当应变超过10%以后的最终残余强度趋于相等.同时试验还发现.在UU试验条件下黏土应力-应变关系与强度特性不受围压的影响,而受剪切速率的影响较为显著.通过归一化.建议了不排水强度与剪切速率之间的线性拟合公式.在确定拟合参数以后.在一定的剪切速率范围内可以同时估计UU和CU试验条件下各剪切速率下的强度.     

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。     

地铁荷载下软黏土微结构与宏观变形的相关性

针对地铁荷载下饱和软黏土的宏观变形,从微观试验出发,采取定量化的试验手段,以上海地区地铁行车荷载作用下的饱和软黏土为研究对象,将其宏观变形与各微观结构参数进行相关性分析.从振动前后各微观结构特征参数的变化出发,辅以电镜扫描分析,揭示了地铁行车荷载下隧道周围土体产生宏观变形的机理及发展趋势.为预测软土地区地铁运营引起的地基沉降提供了有益的参考.     

饱和粘土一维固结系数的非线性研究

采用粘土的半对数压缩曲线、修改后的达两定律、挖孔隙比与渗透系数和塑性指数之间的关系式等，推导了饱和粘土在考虑几何非线性、起始水力坡降和渗透系数非常数情况下维渗流固结系数的表达式。公式表明，固结系数是有效应力和孔隙比的函数，同时与土的初始孔隙比、压缩指数、塑性指数等有密切关系；固结系数随有效应力或孔隙比的变化而变化，其趋势由压缩指数和塑性指数之间的关系决定，对大多数粘土，固结系数随有效应力的增大而减小。上述结构与时间对数法和时间平方根法很好吻合。     

固结煤矸石抗剪强度特征试验

依据现场大型剪切试验和室内直剪试验,研究了固结煤矸石的抗剪强度特性。试验剪应力-剪位移过程曲线表明,一定含水率条件下的固结煤矸石呈现明显的粘塑性体力学特性。以现场大型剪切试验煤矸石作为试样配料进行了室内直剪试验,分析了含水率和密实度对良好固结煤矸石试样剪应力-剪位移试验曲线以及抗剪强度参数的影响,在此基础上探讨了试样内煤及其它细颗粒的状态变化对固结煤矸石抗剪强度的弱化作用机理,最后对比分析了现场大型剪切试验抗剪强度参数值和室内直剪试验抗剪强度参数值的差异及其产生的主要原因。     

软土次固结系数与压力的关系

通过正常固结软黏土室内分级加载次固结试验,得出了荷载对次固结特性有较明显影响,次固结系数与压力存在一定关系的结论.对于室内试验结果,采用修正的双曲线模型拟合了正常固结状态下土的次固结系数与压力之间的定量关系,从而提出了正常固结土次固结沉降量计算的一种修正方法,并以实际工程某一断面的次固结沉降计算为例,将该修正方法与其他几种计算方法进行了对比分析.结果表明,正常固结土次固结沉降计算须考虑压力对次固结沉降的影响.     

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.     

饱和软粘土不排水循环加载作用下蠕变特性的研究

为了探讨珠江三角洲的饱和软粘土在交通行车荷载作用下的变形特性,在K0固结状态下进行了一系列不排水的单向循环加载蠕变试验。研究表明：根据循环荷载的大小,饱和软粘土的累积变形可分为衰减型和破坏型;衰减型循环蠕变的累积应变速率与循环次数的关系可用幂函数来表示,引入相对偏应力水平参数,可考虑动偏应力、初始静偏力和围压的综合影响,累积应变速率与相对偏应力水平的关系可用指数函数来表示。基于流动理论,建立了珠江三角洲饱和软粘土的应变速率状态方程,该模型较好地表达了衰减型循环蠕变的应变速率—应力水平—循环次数关系。     

基于能量法则计算黏性土不排水抗剪强度的方法

基于BoltonWhittle建议的能量法则表达来推求土体不排水抗剪强度力学参数,结合孟加拉某工程场地的剑桥型自钻旁压试验成果,计算不同深度的黏性土的不排水抗剪强度值。采用MarslandRandolph提出的分析方法获取该值,对比可知2种方法的计算结果极其相近,验证了基于能量法则的表达推求土体不排水抗剪强度指标的可靠性,且可认为旁压试验成果曲线扩孔压力-对数剪切应变曲线塑性部分的拟合直线斜率即为不排水抗剪强度,截距即为极限压力值。通过基于剑桥型自钻旁压试验和不排水抗剪强度理论计算表明,剑桥型旁压试验及该理论计算方法适宜于用作确定黏性土的不排水抗剪强度。     

软土的循环累积变形模型研究

基于上海地区饱和软土的动三轴试验成果,通过对累积变形影响因素及累积变形发展规律的分析,引入等效循环动应力水平的概念,建立能综合考虑列车荷载循环次数、静偏应力和和动偏应力的耦合作用、固结方式等影响因素的软粘土循环累积变形模型.结合试验成果对模型进行验证,确定不同试验条件下模型中的试验系数.研究结果表明:此模型能够很好地反映多种因素对软土循环累积变形规律的影响;此模型仅适用于软土正常固结且循环应力比小于临界循环应力比的情况;为提高模型计算和预测的精度,用室内试验确定模型中的试验系数时,应采用与现场实际相符的加载和固结条件.     

低路堤软土地基在交通荷载作用下的动力特性试验研究

设计并制作了低路堤软黏土地基模型。测试了软黏土地基在交通荷载不同强度、不同频率下的动土压力和孔隙水压力;以及土压力和孔隙水压力随深度的变化。获得了低路堤软粘土地基在交通荷载作用下的动力特性发展规律。研究表明:在交通荷载循环作用下,无论荷载强度、荷载频率的大小,软黏土地基的土压力和孔压都是随着埋深的增加而呈衰减趋势。随着荷载频率的增加,土压和孔压的波动变化明显加剧,但压力值并不是随着荷载频率的增加而简单的增长或减小;随着荷载强度的加大,某一深度处土压力受到的最值变化不是很明显,而孔隙水压力却显著的发生了变化。     

既有红粘土地基压密固结效应研究

为了解受荷时间对既有红粘土地基压密固结效应的影响,本文针对影响承载力变化的“时间”因素,利用贵州铝厂氧化铝厂中受上部荷载分别为40年、30年、20年的既有红粘土地基载荷试验与地基土的物理力学性质试验,对地基土压密的时效性进行了研究。本次试验获得了12个工点地基土的承载力特征值、极限荷载、变形模量、相关土工试验数据以及地基土性状随时间发生变化的规律。结果表明,长期受上部荷载作用的既有红粘土地基表现出明显的压密固结效应,承载力提高幅度达到了6.7%到73.3%,红粘土地基承载力随受荷时间的增加呈上升趋势。研究结果以期为贵州铝厂其他车间的改建与重新开发提供地质依据。