非饱和土的临界状态面模型

饱和土与非饱和土之间及非饱和土之间在力学性质上的差别主要是由于它们饱和度的不同而造成的．以饱和度作为参变量,以现有的比较成熟的土的本构理论作为基础,充分考虑饱和度的变化对土的工程性质的影响,根据塑性硬化理论和临界状态以及屈服面的概念,研究了非饱和土的流动法则和硬化规律,导出了非饱和土的应力应变增量公式,建立了一种较为简单的描述非饱和土应力应变特性的本构模型,为丰富和进一步完善非饱和土的本构理论作了有希的探讨．该模型具有广阔的工稃府用前景．     

非饱和土中弹性波的传播特性

根据多孔介质混合物理论,考虑土颗粒间的吸应力,建立一类非饱和土三相波动模型.基于VG模型得到非饱和土中体波的传播波速和衰减的解析表达式,并且与已有的试验数据相比较,验证了理论分析结果的有效性.通过参数分析探讨非饱和土中体波的相速度和衰减与频率、饱和度和吸应力等影响因素的关系.结果表明:非饱和土中存在4种体波,即3种纵波和1种横波;各种体波均具有频散性和衰减性,其中波速P_1波最大,S波次之,P_3波最小,衰减大小正好相反;饱和度以及吸应力对非饱和土中波的传播有着显著的影响.     

非饱和全空间埋置隧道动力响应半解析模型

将非饱和地基土视为由固、液、气组成的三相介质,圆形隧道衬砌简化为无限长的Flügge薄壁圆柱壳,分别采用Helmholtz矢量分解定理以及分离变量法求解非饱和地基土的波动方程和Flügge薄壁圆柱壳的振动控制方程。结合位移和应力连续性等边界条件,建立移动简谐荷载下非饱和地基土中埋置隧道动力响应的半解析模型。基于该模型,探讨了非饱和地基土-隧道系统的动力响应特征及饱和度对系统动力响应的影响。结果表明,饱和度对土体的动位移、动应力、超孔隙水压力及土体临界速度等影响较大,计算时应考虑饱和度的影响。     

非饱和土抗剪强度特性试验研究

非饱和土在工程环境中普遍存在,非饱和土与饱和土的强度特性有很大差异,因此研究土的饱和度对土抗剪强度特性的影响具有重要意义。利用直剪仪和压力板仪,研究了土的饱和度对抗剪强度的影响规律。试验结果表明:粘土的含水量与凝聚力和内摩擦角存在明显关系,当含水量(饱和度)增加,粘聚力和内摩擦角则随含水量的增加逐渐减小;揭示了饱和度与基质吸力之间的关系;对比土水特征曲线与抗剪强度参数的关系,发现了非饱和黏土中基质吸力对抗剪强度的影响规律。     

从饱和度再认识非饱和表层土吸力

为了探讨非饱和土水膜中的重力水对总吸力的影响,根据饱和度大小情况,将非饱和土中的水、气形态分成了四类,即界限饱和度Sr1,Sr2,Sr3,Sr4.分析了非饱和土中的总吸力组成和水膜中重力水对总吸力的影响,并推导出界限饱和度Sr2条件重力水对总吸力影响的计算公式,在此基础上给出了颗粒级数分别为10-3mm~100mm的总吸力与饱和度的关系图.最后选择了一种试验值模拟比较.模拟比较表明,考虑重力水的作用下理论计算值与实测值更加吻合,从而证实了重力水对吸力的影响是不可忽略的.     

非饱和膨胀土总应力强度的确定方法及其应用

建立在有效应力基础上的非饱和土强度理论公式虽得到了普遍的认同,但其参数确定的复杂性却妨碍了它在工程中的应用．而包含了吸附强度的总强度指标也能反映非饱和土的强度特性,且易于获取．为此,通过研究用常规直剪仪确定非饱和土总强度指标的试验方法,得到了宁明原状膨胀土抗剪强度指标随饱和度和含水量的变化而变化的规律,探讨了非饱和膨胀土总应力强度指标在路堑边坡稳定性分析中的应用．     

饱和土与非饱和土固结理论及其联系与差别

阐述了国内外饱和土与非饱和土的固结理论的研究概况,总结饱和土与非饱和土固结理论的联系与差别,进而探讨非饱和土固结理论所存在的一些特点和困难。     

旁孔透射波法检测水泥搅拌桩的三维有限元分析

介绍了旁孔透射波法的原理和测试步骤,建立了桩-土体系的三维有限元模型并对这种无损检测方法在水泥搅拌桩中的应用进行了三维有限元分析.数值分析分别给出了饱和土、非饱和土地基中完整桩和缺陷桩的旁孔透射波信号,并由此分析了P波时-深图中特征与桩身质量的相关性.结果表明,旁孔透射波法简单易行,是适合于水泥搅拌桩检测的一种新方法.     

郑少高速公路桥头高填方工后变形监测

非饱和土体的理论研究落后于实践工程应用。结合郑少高速公路土体变形监测,简述分层土体沉降和土体测斜的原理与方法,研究非饱和土体变形规律,验证无砂砼小桩处理桥头跳车问题实际效果。     

非饱和土抗剪强度的研究

非饱和土强度一直倍受理论界和工程界的广泛关注.该文比较Bishop和Fredlund等常见的非饱和土强度公式的优缺点.基于Mohr-Coulomb准则,通过一种有效应力和土水特征曲线推导出一种新的非饱和土强度公式.该式既考虑吸力对强度的贡献,也兼顾了饱和度对强度的影响.由GDS三轴仪进行了非饱和膨胀土的剪切试验,并与相关的试验进行比较,结果表明该非饱和土强度公式是合理和有效的.     

非饱和多孔介质有效导热系数模型

多孔介质有效导热系数是研究地源热泵、土壤及岩土热储、材料热质传递的重要参数,运用分形理论,建立了一种预测非饱和多孔介质有效导热系数的分形物理模型和相应的有效导热系数计算公式,基于MATLAB数值分析显示模型计算结果与实验测量值具有较好的一致性,并通过该模型探讨了相关微观参数对多孔介质有效导热系数的影响,结果显示弯曲度分形维数、孔隙率与多孔介质导热系数呈负相关,固液相占比、饱和度、固相基质边长与多孔介质导热系数呈正相关,当孔隙率大于78.4%时,导热系数较小的孔隙相对多孔介质有效导热系数影响较大。     

非饱和多孔介质热湿传输的一般数学模型

提出了非饱和多孔介质热湿传输的一般数学模型，此模型引入了在非饱和多孔介质中同时发生热质交换的多种传输机制，以使质量、动量和能量方程得到改进．引用由Ｗｈｉｔａｋｅｒ建立的体积平均法，讨论达西定律应用于非饱和多孔介质的限制．     

急速增湿条件下湿陷性黄土中桩基的承载性状

入渗增湿条件下,湿陷性黄土地区中桩基的承载性状会因桩周土基质吸力减小和湿陷变形而显著劣化,进而诱发一系列的工程问题。为了研究浸水前后湿陷性黄土中桩基承载性状的变化规律,进行模型桩的入渗试验,同时对桩周土体的变化（包括沉降、体积含水率、基质吸力）以及桩基承载性状的变化（包括桩顶沉降、桩侧摩阻力和桩端承载力）进行监测。将入渗过程中桩周黄土基质吸力变化与桩基承载性状的变化相关联,从非饱和土力学的角度阐明入渗前后桩基承载性状的变化规律和变化机理。研究结果表明,入渗过程中的桩顶沉降和桩端承载力不断增加,桩身轴力大致呈“ D ”型分布,最大轴力出现在入渗过程中。入渗过程中桩周黄土的基质吸力减小,产生湿陷变形,使桩侧摩阻力大小和方向发生改变,进而导致桩基承载性状的变化。基于非饱和土力学原理对传统的剪切位移法进行简化和修正,提出考虑桩周黄土湿陷变形影响的单桩沉降预测模型,并结合试验结果对理论模型进行验证。本文的研究成果有助于进一步完善复杂环境荷载作用下湿陷性黄土地区的桩基设计理论和工程性状评估。     

能源桩热-力学特性模型试验与数值模拟

能源桩是集地源热泵与建筑桩基于一体的建筑节能技术,具有经济、环保和节省地下空间资源等优点,因热-力耦合作用导致其承载性状不同于普通工程桩。基于室内模型试验和数值模拟研究,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩侧摩阻力的变化,结果表明：升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,多次温度循环导致桩顶产生不可逆的累积沉降,其累积变形可能会对上部结构的安全造成影响。桩周土由于土体的热固结也发生不同程度的沉降,距离桩身越近沉降越大,且土体沉降速率随循环次数的增加呈逐渐减小趋势,三次循环后B₄点沉降达到1.42%D(D为桩直径);温度荷载所引起的侧摩阻力随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反,工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移。运用COMSOL Multiphysics软件建立三维数值模型可较好地模拟热-力耦合作用下能源桩的承载力特性,数值模拟结果与模型试验结果吻合度较高,...     

含湿多孔介质传热传质三参数渗流模型研究方法

回顾了含湿多孔介质传热传质模型的发展，系统地介绍了三参数渗流模型概括的基本传递机制和物性数据，特别是松散介质的物性数据的获取方法。以埋管周围砂土内的传热传质动态过程研究为例，给出了不同边界条件的描述，介绍了介质物性数据及初始温度、含湿饱和度等的确定方法。最后，给出了常功率加热条件下，浅埋水平管道周围温度、含湿饱和度以及压力分布变化情况     

太阳能-U形埋管土壤蓄热特性数值模拟与实验验证

为了探讨利用太阳能-地源热泵系统中现有钻孔U形埋管进行太阳能跨季节性土壤蓄热的可行性及其特性,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,建立了考虑地下水渗流与热湿迁移影响的准三维U形埋管土壤蓄热的数学模型.基于对模型的数值求解,探讨了间歇蓄热运行模式及地下水渗流对U形埋管土壤蓄热特性的影响,结果显示:间歇蓄热方式有利于土壤温度的恢复,从而可提高蓄热效率;同时,地下水渗流的存在可以强化地下埋管的换热效果,但不利于用埋管作为蓄热装置.实验验证表明,埋管日平均出口温度及日蓄热的计算值与实验值随时间的变化规律一致,其平均相对误差为5.6％.所建模型为U形埋管土壤蓄热及其传热特性的研究提供了理论基础.     

非饱和土壤中重金属污染物迁移机理分析

视土壤为非饱和多孔介质,将描述非饱和多孔介质中多种迁移场量耦合的热质传递模型,结合土壤中溶质迁移的对流-弥散规律,并考虑土壤固体骨架对重金属污染物的吸附特性,建立非饱和土壤中重金属污染物迁移的数学模型.数值分析了非饱和土壤不同深度处和土壤含湿量不同时,污染物在土壤中的迁移状况.随着土壤深度的增加,污染物在土壤中的迁移呈现滞后性;湿含量较高的土壤,在迁移状况趋于稳定时,污染物沿土壤深度的增加其浓度梯度相对较小,数值分析所得污染物在土壤中的迁移规律与文献已有试验结果相一致.因此,所建立的数学模型和数值分析结果,可为分析重金属污染物在土壤中的迁移状况和修复重金属污染的土壤提供一定的理论指导.     

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。     

超长桩荷载-沉降关系非线性迭代计算方法

基于超长桩试验资料,提出桩侧广义双曲荷载传递模型以反映桩侧土弹塑性、软化与稳定三阶段工作特性,桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性,并引入混凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状,从而建立了与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析理论。该理论可用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承载力,也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律。计算得到的荷载-沉降曲线与实测的曲线较为吻合,可作为确定桩承载力的依据,经过对工程实例的计算与实测对比分析,证明该理论可靠、方法简单,且具有较好的适用性。     

层状地基中单桩性状的积分方程解法及其参数

采用积分变换和传递矩阵方法得到弹性层状地基轴对称问题的基本解，按照虚拟桩法建立分析模型，推导出层状地基中单桩求解的第二类Fredholm积分方程，对其进行数值计算．编写了层状地基中单桩分析的计算程序，可求得桩身各点处的轴力、剪力和位移等主要性状．与经典弹性解答相比，本方法在理论上较严密，适用范围和求解结果也更为丰富．为考察地基土成层性对单桩性状的影响，还对几种典型层状地基中的单桩进行了参数分析．