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。     

长期受荷桩极限承载力的预测

为准确预测长期受荷桩的极限承载力,对桩基承载力时间效应经验公式的不足进行了探讨,并基于天然饱和黏土地基静压桩承载力时效性研究的理论成果,对经历长期受荷的旧桩承载力的影响因素进行了分析.在此基础上,采用相关研究机构的桩基承载试验数据开展分析,提出了考虑桩基承载力时间效应的静压桩极限承载力计算公式;提出了桩侧阻力时效系数γ...     

静压沉桩后黏土中超孔压时空分布规律研究

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型,推导了桩周土体固结过程中桩土界面处上覆竖向有效应力和超孔压的修正计算公式。结果表明:从时间上看,在桩顶的外荷载作用下,超孔压随时间消散的同时,上覆竖向有效应力逐渐增大；成桩后30.d超孔压基本消散完毕,上覆竖向有效应力不再增长,地基土处于休止期。从空间上看,超孔压随桩埋深的增大而增大,在渗透性差的黏土层增长较快；不同荷载条件下,距桩心的水平距离和桩端的竖向距离越小,超孔压越大；靠近桩端和桩心的超孔压最大值与桩顶荷载大小呈负相关关系。     

中砂和软黏土中桩顶竖向力 对桩身水平承载力影响对比分析

为探讨中砂和软黏土地基中桩顶既有竖向力对桩身水平承载力的不同影响规律,基于ABAQUS建立了单桩基础三维有限元分析模型,并结合已有载荷试验结果验证了模型的合理性.在此基础上,采用Probe法分别获得均质稍密中砂和软黏土地基中2种不同桩身长径比(L/D)的单桩基础在保持不同桩顶既有竖向力(V)不变时,水平力(H)引起的桩身位移、桩身极限承载力及承载力包络线.结果表明:桩顶既有竖向力从桩身竖向极限承载力(Vult)0.2倍增加至0.8倍时,稍密中砂地基中的桩身水平极限承载力(Hult)提高13.6%～41.2%;反之,软黏土中Hult降低2.2%～6.5%,且L/D较小时这种影响差异更趋明显.最后,通过对比分析加载过程中桩周地基土中的竖向应力、桩侧摩阻力及桩侧土抗力的分布与变化特征,讨论了这种影响差异的内在机理.     

循环荷载下结构性黏土的动力特性试验研究

天然沉积黏土大多具有结构性,我国沿海地区广泛分布着深厚的软黏土层,沿海地区的机场、高速公路、地铁等大型交通工程都建在软黏土地基上。天然软黏土由于结构性表现出与重塑土不同的工程性状,通过开展湛江原状黏土和重塑黏土的循环三轴试验,对循环荷载作用下湛江黏土的动变形、动强度和动孔压特性进行系统性的试验研究。结果表明,结构性黏土在循环荷载作用具有脆性破坏特征,固结压力增长造成的土体结构破坏对天然黏土动力特性的影响较大,随着固结压力增大,原状黏土的动力变形特性逐渐趋于重塑土,原状土和重塑土在不同围压下的动强度曲线差异性十分明显,且结构性某种程度上抑制了原状土的动孔压发展。     

千枚岩土掺入红黏土微观结构与压缩特性试验研究

千枚岩土和红黏土均为高液限土,不宜直接作为路基填料。为充分利用两种特殊土,通过在千枚岩土中掺入0、20%、40%、60%、80%、100%红黏土配制混合土,研究混合土的液塑限、微观结构与固结试验。试验结果表明:混合土的液限随掺合比的变化规律可以用三次函数表达,当掺合比为13%～52%时混合土的液限低于40%,填料为C组填料,符合该工程基床底层及以下层的应用标准。电镜试验结果表明,千枚岩土颗粒较均匀,红黏土颗粒较小且可以有效地嵌入千枚岩土空隙而改变原有的土的级配,因此混合土干密度较千枚岩土大。固结试验表明,混合土压缩系数随压实度的增加而减小,随红黏土掺合比呈二次函数减小,加入红黏土可以有效降低千枚岩土的压缩性。因此建议碾压方案为红黏土掺入50%,含水率为16%。     

基于埋深效应与宽度效应的高填方涵洞地基承载力计算

为探明上埋式涵洞侧填土荷载对地基承载力的影响,基于普朗特尔-赖斯纳与太沙基极限承载力理论,研究了涵洞基础深度效应与宽度效应下涵洞基底粉质黏土、黏性土与砂土地基承载力变化规律与曲线特征。此外,基于涵洞地基的实际受力情况与涵洞地基承载力计算图示,修正了太沙基地基承载力计算方法,并将用修正方法计算得到的涵底地基承载力结果与数值模拟计算结果、太沙基方法计算结果进行了对比分析。结果表明:(1)涵洞基础深度效应与宽度效应对高填方涵洞地基承载力的提高作用明显,随着基础埋深系数的增加,粉质黏土、黏性土与砂土的地基承载力值随之增加,粉质黏土与黏性土地基增加的幅度较小,砂土地基增加的幅度较为显著;(2)当基础宽度系数k≥5时,黏土与砂土地基承载力增长幅度减小,而粉质黏土地基承载力增长幅度较大;(3)填土高度为6 m时,改进方法计算得到的地基承载力值比有限元法大8.78%,比太沙基计算公式法大18.72%,改进方法比太沙基方法更接近涵洞地基极限承载力值。     

红粘土地质管桩复压前后现场试验及上浮机理

为研究管桩的承载特性及上浮问题,以红粘土地质的静压PHC管桩上浮工程为案例,对复压前后的PHC管桩分别进行现场静载试验,分析管桩在复压前后的承载力及沉降随时间变化规律,提出红粘土地质管桩的上浮机理。结果表明:上浮管桩的静载试验的荷载—位移曲线呈现明显的"陡降型"特征,卸荷回弹率仅为5.9%。复压后管桩的荷载—位移曲线符合"缓变型"特征,卸载回弹率达23%以上,远大于复压前数值。管桩上浮是主要由于大量密集的管桩沉桩施工引起显著的挤土效应,发生向上的桩土位移,而红粘土层的超孔隙水压使管桩承受了较大水头压力亦引发了管桩的上浮趋势。     

固结状态不同的饱和软土中桩基竖向循环承载特性

为了研究地基土在不同固结状态下竖向循环荷载对桩基承载力的影响,在三组不同固结围压、固结度的饱和软土单桩基础中,分别进行了初始静载和循环加载后静载两个独立试验,其中循环加载采用位移控制,依次施加四个递增振幅。通过数值模拟进一步分析桩基承载力的循环弱化规律。结果表明:当循环荷载大于桩周土硬化应力阈值时,桩土系统会发生强度弱化和刚度软化,桩基动刚度随着循环次数增加而减小。地基土固结围压、固结度的增加使桩周土硬化应力阈值提高,桩土系统抗弱能力提高。当循环荷载小于硬化应力阈值时,桩土系统强度弱化不明显,甚至发生刚度硬化,桩基动刚度随着循环次数增加而增大。地基土固结围压越大、固结度越高,桩基极限承载力越大,弱化后的桩基极限承载力也越大,相应的残余承载比越小。循环加载时,桩侧摩阻力和桩端阻力共同弱化,桩端阻力的弱化速率滞后于桩侧摩阻力,桩侧摩阻力的弱化是该桩基承载力弱化的主要原因。     

混凝土芯砂石桩载荷试验及沉桩数值分析

混凝土芯砂石桩能够有效地减少工后沉降和工后差异沉降。为进一步了解混凝土芯砂石桩复合地基的加固机理,预制芯桩对复合地基承载力的提高作用以及砂石壳加速固结排水的作用,采用基于ABAQUS有限元数值分析方法建立轴对称平面应变模型,对混凝土芯砂石桩单桩及单桩复合地基载荷试验进行模拟,并将结果与现场实测数据进行对比。对单桩沉桩过程进行了模拟,并结合圆孔扩张理论和砂井固结理论进行分析。研究结果表明:预制芯桩承担了大部分上部附加荷载,最终荷载分担比约为0.7,有助于提高复合地基承载力;沉桩至5m深度处,地基土隆起对沉桩引起的超孔压影响不大,砂石桩的存在大大加快了地基土中超孔隙水压力的消散和桩周土强度的恢复。     

图珲公路高填方涵洞地基承载力分析

为了研究涵侧填土对高填方涵洞地基承载力的提高效应,由几何和动力相似条件设计了高填方涵洞地基承载力模型试验,模拟了不同涵侧填土高度的涵洞地基受荷,直到破坏。为了确定涵侧填土对高填方涵洞地基承载力的提高作用,根据相似原理设计了高填方涵洞模型试验,模拟了不同涵侧填土高时涵洞地基受荷破坏的过程,绘制荷载-沉降曲线得到极限荷载。讨论了使用经验公式和《公路桥涵地基与基础设计规范》的计算结果和试验结果的差值。选取图们至珲春高速公路桩号为RK365+510处的高填方涵洞作为试验涵洞,在涵洞底部埋设沉降观测点,测量基底沉降值和沉降差。结果表明:侧填荷载对地基承载力的提高十分显著,且提高幅度为非线性,先从18.4%增加到36.83%,然后减小到8.91%;计算地基承载力时应考虑公式和计算参数的选择以及试验方法对力学指标的影响;现场测试的涵洞基底最大沉降值符合规范的要求。     

PVC管桩在软土地基处理中的实验研究

为了提高路基工程中软土地基的处理效率,根据地基处理中挤密并排水固结原理,利用PVC管作为管桩对软土地基进行处理。根据地基承载力及变形实验,得出待处理地基位移-荷载关系曲线,从而评价处理前后综合地基承载力的变化。实验表明,在沉降良好的原状土中,每平米压入6根管径为75 mm的PVC管桩,其地基承载力可提高至1.909 MPa,而变形量小于14 mm,可满足路基的承载力及变形要求。     

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．     

沉井接高过程中砂桩复合地基固结承载特性

为分析沉井接高过程中固结对复合地基承载力的影响,以某大型陆上沉井基础的砂桩复合地基工程为背景,探讨了沉井接高过程中砂桩复合地基的固结特性,分析了加荷历时和砂桩置换率等因素的影响.基于桩土面积比法和桩土应力比法推导了考虑固结影响的砂桩复合地基极限承载力公式,并与复合地基实测承载力进行对比.结果表明:两种分析方法得到的复合地基承载力时程曲线较为接近,且初始承载力均小于复合地基实测承载力,而固结完成后的承载力比复合地基天然强度分别提高了68%和80%.该方法考虑了沉井接高过程中地基固结对其承载力的影响,避免了因低估地基的实际承载力而导致沉井滞沉问题,可为考虑固结影响的复合地基极限承载力计算和制定合理的沉井施工方案提供参考.     

饱和粉质黏土动弹性模量影响因素分析及骨干曲线模型研究

为了研究交通动荷载作用下地基土动弹模量的变化规律,利用室内动三轴试验系统对东南沿海地区饱和粉质黏土进行动三轴试验,研究围压、超固结比、孔隙比和应变幅值对动弹性模量变化规律的影响;采用经典Hardin-Drmevich等效线性模型,提出考虑超固结比、孔隙比影响的饱和粉质黏土动弹性模量修正公式。研究结果表明:在相同应变水平下,动弹性模量随着围压和超固结比增大而增大,随着孔隙比增大而减小;与经典Hardin-Drmevich公式相比,本文提出的动弹性模量修正公式对试验结果的拟合效果更好。     

隧道开挖对既有受荷桩竖向承载特性的影响

目的研究黏土中隧道开挖对既有受荷单桩基础竖向承载特性的影响,分析桩基础竖向承载特性变化.方法采用位移控制有限元方法模拟隧道开挖对桩基础竖向承载特性的影响.结果隧道开挖导致既有桩基础发生显著沉降,但在不同初始荷载水平作用下,对单桩极限承载力最终值影响较小.轴力增量呈S型分布,在桩基础下部产生摩阻力,上部产生负摩阻力;桩端土体中超孔隙水压力在隧道开挖过程中逐渐增大.结论隧道开挖对既有受荷桩竖向承载力最终值影响不大,但是对桩身沉降影响很大.城市地铁隧道开挖对既有建筑桩基础承载特性影响的研究成果,为盾构施工后桩基础承载力分析提供参考.     

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。     

路堤荷载下DJM-PVD复合地基固结特性数值分析

以淮盐高速公路现场试验段为原型,采用数值分析方法分析了路堤荷载下DJM-PVD复合地基的固结机理和桩土应力分配特性.数值计算中采用单元体模型来代表复合地基.数值分析结果表明:路堤荷载下,DJM-PVD复合地基上部中桩间土沉降大于桩体沉降,桩端附近桩体沉降大于桩间土沉降,存在桩土差异沉降,桩土差异沉降使得桩间土承担荷载和桩体承担荷载相互转移;复合地基的桩体应力集中、桩体应力比等与均桩土差异沉降的发展密切相关;DJM-PVD复合地基的固结机理主要包括3部分:排水板的排水效应、粉喷桩的应力集中效应以及桩土间荷载转移形成的孔压梯度,三者均能加速地基的固结,减少工后沉降.     

贵州红黏土的胀缩性与水敏性研究

对贵州红黏土的胀缩性与水敏性及相关性进行了室内试验研究.红黏土具有较高的胶粒含量与较大的比表面积,致使土中的水主要以可回复性的结合水存在,较一般的黏性土有更强的水敏性.膨胀试验结果的分析表明在相同的初始干密度下试样的持水能力接近,与初始含水率无关;基质吸力的存在有助于红黏土膨胀性的发挥,同时也降低土团粒的收缩效能;胀缩过程具有时效性,受水敏性影响的胀缩变形初期阶段发展迅速,之后随时间衰弱;荷载的施加削弱了红黏土的膨胀性能,中等荷载下表现出收缩现象.本研究表明红黏土的胀缩性是与其水敏性相关的,高含水率红黏土以收缩为特征,膨胀不明显,这是与工程实践相吻合的.     

循环荷载下饱和软黏土累积变形遗传分数阶导数开尔文模型

研究循环荷载作用下饱和软黏土的累积变形对计算交通荷载引起的地基沉降具有重要意义。对饱和软黏土分别进行围压为100k Pa、150k Pa、200k Pa的等向固结动应力比为0.1、0.2和偏压固结动应力比为0.06、0.1、0.2的循环加载试验,得到轴向循环塑性应变与时间的关系,分析得到围压、动应力比及固结形式对轴向循环塑性应变的影响规律;将Abel黏壶引入开尔文模型,得到分数阶开尔文模型;利用遗传算法优化轴向循环塑性累积应变的开尔文模型和分数阶开尔文模型的参数,通过分析两组模型的计算值与试验值的对比曲线,得到分数阶开尔文模型更适合模拟计算循环荷载下饱和软黏土的累积变形。