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.     

波浪荷载作用后软黏土静强度弱化及软基加固研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对取自于长江口的海洋原状饱和淤泥质软黏土,在不固结不排水条件下,分别进行了动三轴、45°线耦合以及圆耦合等多种复杂循环剪切试验及循环荷载作用后静三轴试验;通过室内试验模拟堆载预压加固软基,并针对加固后土体进行了上述系列试验.结果表明,对应相同循环剪切次数,双向耦合大于单向...     

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.     

正融土强度弱化特性研究的试验仪器及方法

冻土,特别是含冰透镜体的冻土解冻时,出现强度大幅度下降的弱化现象,这是季节冻土区内路基春季翻浆冒泥、地基失稳的重要原因.为探明路基土融化过程中的强度弱化机理,在此基础上制定有效的冻害预防措施,对国产土工静力三轴仪进行了一系列改造,并配以专用的冻土试样制备设备、冻土试样融化加热设备和外部保温设施,共同制成冻土解冻时的强度弱化试验仪.用该仪器进行了相关试验研究,结果表明,仪器得到的数据合理有效,该仪器设备可以在冻土学研究中推广应用.     

桂林地区酸污染红黏土力学效应弱化试验

选取具有代表性的桂林市雁山区红黏土作为试验土样,以盐酸为酸污染物,配置3种不同质量分数的酸溶液,将盐酸溶液的质量分数和红黏土在酸溶液中的浸泡时间作为影响因素,对酸污染红黏土的力学性质进行了研究,以揭示酸污染红黏土力学效应弱化机理。研究结果表明:酸污染红黏土的压缩性增强,抗剪强度降低,黏聚力减小,且随着盐酸质量分数的增加和浸泡时间的延长,这种弱化更加明显。污染红黏土中Fe2O3和Al2O3的减少、Si O2的增加、Ca CO3和MgCO3的溶解及离子交换,是导致污染红黏土力学性质弱化的根本原因。     

原状软黏土主应力轴动态旋转试验研究

利用浙江大学5 Hz空心圆柱扭剪仪,通过轴力和扭矩的耦合,模拟波浪荷载下主应力轴动态旋转的应力路径,对杭州原状软黏土的孔压累积、应变发展及模量衰减等动力特性进行研究,研究频率、循环应力比的影响,并与动三轴试验相比较。通过对试验数据的回归分析,给出主应力轴动态旋转下原状软黏土模量衰减的经验公式。结果表明:频率越低或循环应力比越大,孔压累积、应变发展及模量衰减的速率越快,破坏所需要的循环次数越少;虽然各应变分量开展程度不同,但应变曲线均在同一循环次数时出现拐点;循环加载过程中,压缩模量和剪切模量的衰减规律基本相同,但压缩模量衰减速率稍快于剪切模量。与动三轴试验结果相比,主应力轴连续旋转试验中土体模量衰减规律基本不变,但衰减速度更快,试样破坏所需的循环次数明显减少,因此,建议实际工程应用时要考虑主应力轴旋转的影响。     

上海软黏土结构屈服特性的试验研究

结构性与各向异性是天然沉积软黏土的两个重要特性。为研究其结构屈服特征,对上海软黏土进行了一系列相关试验,包括灵敏度试验、一维固结试验、K0固结试验、三轴排水应力路径试验。灵敏度试验研究表明,天然沉积上海软黏土在结构破坏前后的不排水抗剪强度存在明显差异,灵敏度为4.86,属高灵敏性土。一维压缩试验结果表明,原状上海软黏土在结构屈服前后压缩特性存在明显的差别,具有结构性土所特有的分段特征。不同应力路径下三轴排水剪切试验表明,上海软黏土具有显著的塑性各向异性,其初始屈服面在p'-q平面上呈倾斜的椭圆形状,但其对称轴略低于K0线。     

软黏土次固结系数影响因素试验研究

为探究沿海地区深厚软黏土次固结沉降问题,对杨林船闸原状淤泥质土进行6组常规一维固结试验.得到孔隙比随时间变化曲线、孔隙比随固结压力变化曲线、次固结系数随固结压力变化曲线.结果表明:原状样的次固结系数随固结压力的增加先变大后变小,随着加荷比的变大而变大;预压处理可以有效地降低次固结系数,且当固结压力较小时预压对降低次固结系数的效果尤为明显.     

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.     

循环加载后饱和软粘土退化性状的试验研究

基于上海地区淤泥质饱和粘土的循环加载试验,总结了正常固结下淤泥质饱和粘土的孔压发展规律,在前人工作的基础上,引入等效超团结比的概念,描述了循环加载后饱和粘土的强度及模量的退化规律,从而确定了循环加载后其应力应变双曲线模型中的参数．为动载后计算上体附加沉降提供了一种方法     

卸荷软土的应力路径及对强度影响的研究

软土基坑卸荷开挖,周围土体应力应变发生变化,导致土体结构损伤及工程性质变异,最重要是强度降低,这一影响对坑底土体尤其明显,土体扰动以后的强度才是抵抗基坑变形所能发挥出的真实强度值,而通过常规室内试验提供的基坑设计强度参数并不能很好地与这个值相吻合。这样给基坑设计与稳定性评估带来较大的误差,本文分析了这一现象的机理与规律。     

天津地区软土的蠕变特性和速率敏感性

为了研究软土次固结和速率敏感性的内在联系,基于过应力式弹黏塑性本构模型,推导出一个理论关系式,定量地建立了次固结系数和率敏感参数的关系．对天津某地典型软黏土进行了一系列次固结试验和变速固结不排水三轴压缩试验,分析了次固结系数和率敏感参数,验证了所推导的理论关系式的适用性．     

k0固结饱和黏土的循环强度特性

通过k0固结饱和黏土的循环三轴试验,研究了固结压力、不排水增量静偏应力对k0固结饱和黏土循环强度的影响.结果表明,同一增量静偏应力比下,不同固结压力对应的循环强度曲线有良好的一致性;当增量静偏应力比从0.15增至0.7时,同一循环破坏次数下的循环强度增大18%左右;由于土样破坏时的应力圆与Mohr-Coulomb强度包线之间有良好的相关性,所以可利用Mohr-Coulomb强度关系描述无应力反向时k0固结饱和黏土循环强度的变化;若略去增量静偏应力的影响,则按照较小增量静偏应力对应的Mohr-Coulomb循环强度指标分析循环荷载作用下土体的稳定性可以得到偏于安全的结果.     

基于土结构性的软土流变试验研究

对福州软土进行原状土和重塑土流变对比试验,从微观角度分析了结构性软土的流变机理,并对其次固结系数的变化作了研究.     

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.     

大尺寸软粘土固结变形试验研究

针对常规室内试验的局限性,设计了软粘土天然土样和重塑土样的大尺寸固结变形试验.试验中荷载的大小与实际土体的受力条件按同比缩小;土样侧限条件设计为具有弹塑性特点的有机玻璃板,板内贴有渗透系数与淤泥质土渗透系数相近的滤纸,板上模拟土体边界渗流条件开一定密度的细小排水孔,土样的尺寸为20 cm×20 cm×20 cm,30 cm×30 cm×30 cm和40 cm×40 cm×40 cm三种规格;整个实验过程尽可能地反映土体实际的受力环境;在试验基础上,探讨了一定压力下,大尺寸软粘土的固结变形规律及其数学模型,讨论了其尺寸效应.同时,将所建立的沉降计算模型推广为广义的实际土体变形模型,并在深圳国际机场软基沉降预测中进行了初步应用,取得了较好的效果.     

滨海软黏土蠕变特性的三轴试验

为探讨天津滨海典型软黏土的蠕变特性,利用英国GDS动三轴试验系统,开展了考虑围压、加荷比以及排水条件等因素下的三轴蠕变试验研究,得到了不同条件下滨海软黏土的应力．应变．时间关系曲线．试验结果表明：天津滨海软黏土具有非线性蠕变特性,其蠕变变形演化特征受结构性制约,低围压条件下,蠕变等时曲线近似为线性,无明显的屈服特性;当围压较大时,蠕变等时曲线呈现折线特性;排水条件下的蠕变等时关系曲线比不排水条件下的非线性程度明显,排水条件下其体变性状总体上表现为剪缩,蠕变变形速率和变形量均低于不排水条件;不排水条件下软黏土的初始蠕变变形速率和变形量与围压和加荷比有关,相同偏应力水平下,固结压力越大,初始蠕变速率越大,达到稳定蠕变阶段的时间越短,蠕变变形量越小;初始固结压力一致时,加荷比越大瞬时蠕变速率越大。破坏应力值越小．     

软粘土的抗剪强度指标试验分析

通过三轴UU剪切试验,得出了试样饱和度对软粘土抗剪强度参数的影响关系;再通过大量的固结快剪试验,得到软粘土在不同固结压力、不同固结度下的强度变化规律。