超固结软黏土的静止土压力系数与不排水抗剪强度

通过应力路径三轴试验对不同超固结比下饱和软黏土的K_0系数及K_0超固结软土的抗剪强度进行了研究,提出了超固结软土的K_0系数计算公式,基于各向异性屈服准则推导了K_0超固结软黏土的不排水抗剪强度,并与试验结果对比证明了计算公式的有效性。分析表明,常用的Mayne-Kulhawy K_0系数计算公式过高地估算较大超固结比OCR时的K_0系数,同时所提出的K_0超固结软黏土不排水抗剪强度公式通过考虑土体K_0系数随OCR的变化,避免了假设以有效上覆压力表示的回弹线斜率为常数所存在的问题。通过与试验结果对比表明,该公式能较好地预测K_0超固结土体的不排水抗剪强度。     

台州滨海软黏土强度特性室内外联合标定

我国滨海地区广泛分布有低强度、高压缩性软黏土,其工程特性评价对工程建设影响极大。孔压静力触探（CPTU）对土体扰动小,是目前最常用的原位测试方法之一。但是CPTU测试成果需要通过解译才可实现对土体力学特性的评价,不同地区存在地区特异性。针对台州滨海地区深厚软黏土场地,开展了孔压静力触探试验和室内试验,系统地研究了台州滨海软黏土的强度特征。基于重塑台州软黏土固结快剪试验,得到了台州软黏土的归一化强度与超固结比（OCR）的关系式,其应力历史及归一化土工程特性（SHANSEP）法经验系数a为0.226,经验系数b为0.761;标定得到了台州软黏土的CPTU触探因子Nkt的范围为10.23～16.88,总平均值为14.08;基于SHANSEP公式和Nkt法解译得到的土体不排水抗剪强度su,获取了台州软黏土的原位超固结比OCR连续剖面;并标定得到了不同地层的OCR解译经验系数k的范围为0.315～0.570,建议采用k=0.33对台州软黏土超固结比OCR进行解译。     

基于孔穴扩张理论的黏土不排水抗剪强度计算方法对比研究

为了利用旁压试验准确获取不排水黏土抗剪强度,对比研究了3种基于孔穴扩张理论的不排水黏土抗剪强度评价方法。其中,Gibson和Anderson提出的直接传统法忽略了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响;Cao提出的基于修正剑桥模型的解析法考虑了土体超固结比的影响;基于修正剑桥模型的有限元法同时考虑了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响。在两个试验场地的轻度超固结黏土和超固结黏土中开展了一系列旁压试验,采用上述三种方法对比研究了土体超固结比和旁压探头长度的有无限性对不排水抗剪强度的影响,结果表明:单独考虑超固结比的影响时,由直接传统法估算的黏土不排水抗剪强度较解析法小,且二者的差值随着超固结比的增大而增大;单独考虑旁压探头长度有无限性的影响时,由解析法得到的黏土不排水抗剪强度较有限元法高,且旁压探头的无限长度效应随着超固结比的增大急剧减弱。当以特定长度的旁压探头在黏土中进行旁压试验时,存在一个超固结比临界值。低于这个临界值时,旁压探头的无限长度效应对不排水强度的影响大于超固结比;高于这个临界值时,旁压探头的无限长度效应与超固结比的影响相互抵消。对于例1中的粉质黏土,超固结比临界值约为23;对于例2中的粉质黏土,超固结比临界值为34。在实际工程中,有限元法能够同时考虑旁压探头实际长度和超固结比对黏土抗剪强度的影响,为最佳方法。当黏土处于重度超固结状态(超固结比大于临界固结比)时,直接传统法和有限元法计算结果相近,可利用直接传统法计算黏土抗剪强度。     

基于孔穴扩张理论的黏土不排水抗剪强度计算方法对比研究

为了利用旁压试验准确获取不排水黏土抗剪强度,对比研究了3种基于孔穴扩张理论的不排水黏土抗剪强度评价方法。其中,Gibson和Anderson提出的直接传统法忽略了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响;Cao提出的基于修正剑桥模型的解析法考虑了土体超固结比的影响;基于修正剑桥模型的有限元法同时考虑了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响。在两个试验场地的轻度超固结黏土和超固结黏土中开展了一系列旁压试验,采用上述三种方法对比研究了土体超固结比和旁压探头长度的有无限性对不排水抗剪强度的影响,结果表明:单独考虑超固结比的影响时,由直接传统法估算的黏土不排水抗剪强度较解析法小,且二者的差值随着超固结比的增大而增大;单独考虑旁压探头长度有无限性的影响时,由解析法得到的黏土不排水抗剪强度较有限元法高,且旁压探头的无限长度效应随着超固结比的增大急剧减弱。当以特定长度的旁压探头在黏土中进行旁压试验时,存在一个超固结比临界值。低于这个临界值时,旁压探头的无限长度效应对不排水强度的影响大于超固结比;高于这个临界值时,旁压探头的无限长度效应与超固结比的影响相互抵消。对于例1中的粉质黏土,超固结比临界值约为23;对于例2中的粉质黏土,超固结比临界值为34。在实际工程中,有限元法能够同时考虑旁压探头实际长度和超固结比对黏土抗剪强度的影响,为最佳方法。当黏土处于重度超固结状态(超固结比大于临界固结比)时,直接传统法和有限元法计算结果相近,可利用直接传统法计算黏土抗剪强度。     

软黏土加载速率效应特性试验研究:进展与趋势

大量的室内和现场试验都表明,软黏土的强度与变形速率相关。为了更深入地认识软黏土的加载速率效应特性,首先分析了一维应力条件下先期固结压力和三轴应力条件下不排水抗剪强度的加载速率效应及应力-应变关系的归一化,探讨了一维和三轴条件下的5个速率方程(2个指数形式和3个对数形式)在拟合黏土先期固结压力和不排水强度加载速率效应上的适用性;使用5个速率方程估计了一维和三轴条件下的加载速率参数,以及拟合了加载速率参数与液塑限的关系,并且分析了复杂应力(十字板剪切和旁压条件)下的非理想土单元体的黏土加载速率效应特性等;讨论了黏土加载速率效应特性在一维和三维、压缩与伸长、不同超固结比(OCR)条件下的统一性;最后,从香港黏土压缩与伸长和不同OCR条件下的剪缩、剪胀特性方面更深入地探讨了软黏土加载速率效应特性,并讨论了典型的剪缩、剪胀方程在黏土的力学特性模拟中的有效性。结果表明,为更好地描述黏土的应力剪胀特性,现有典型的剪胀关系需要更一步改进。     

黄土边坡开挖后强度变化规律研究

在室内对52个原状土样进行卸荷条件下的直剪试验,测定不同先期固结压力下卸荷土体在不同滞留时间的抗剪强度值,试验结果表明:不同先期固结压力下原状土体卸荷后,在相同的卸荷滞留时间下卸荷后土体的抗剪强度随着先期固结压力的增大而增大;当先期固结压力为200 KPa时,土体的抗剪强度是随着滞留时间的增加而减小的,在卸荷5～7 d后强度就不再明显下降。利用试验结果以某高速公路高边坡为研究对象进行了稳定性分析。     

超固结粉质黏土水平应力释放特征与静止侧压力系数计算方法

如何合理地描述超固结地层静止侧压力系数K₀分布规律对岩土工程有重要的理论意义和应用价值。通过超固结地层形成过程的应力发展分析,开展了侧应力松弛试验,研究了超固结粉质黏土水平应力释放规律,建立了残余超固结水平应力σ’_hef与超固结比OCR的联系,提出了基于水平应力释放的超固结土K₀计算方法,并用原位土体水平应力KSB试验和室内试验进行了验证。提出的超固结土K₀计算方法物理意义清晰,并在中高OCR条件下实现了与前人归纳经验公式的统一。结果表明:超固结水平应力σ’_hef经历回弹与松弛2个释放阶段后稳定于残余值σ’_hef,粉质黏土σ’_he释放主要发生在回弹阶段;超固结水平应力残余值与初始值之比σ’_hef/σ’_he0随OCR增大而增大,但在OCR达到一定值OCR_r后趋于稳定。研究成果可供超固结地层中的挡土结构物土压力计算和数值分析提供参考和借鉴。     

欠固结地层静止侧压力简化计算方法

大量工程实践表明：正确预估欠固结地层的静止侧压力大小对工程的稳定性分析和安全设计十分重要。因此,通过理论分析和数值模拟深入探讨了固结排水过程中地层侧向压力的变化规律,建立了静止侧压力与超固结比OCR的联系,提出了等效静止土压力系数的概念和计算公式,形成了考虑OCR影响的欠固结地层静止侧压力简化计算方法,并用数值模拟和试验结果进行了验证。提出的等效静止土压力系数实现了欠固结地层和正常固结地层侧压力计算的统一。研究结果表明：欠固结地层的静止侧压力随超固结比OCR的增大而线性减小,且随土体有效内摩擦角的增大,OCR对侧向压力的影响越大。上述研究成果可为欠固结地层的土压力计算提供技术支撑。     

超固结黏土单调和耦合循环的剪切特性研究

针对超固结黏土空心试样,利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在均等固结条件下进行了单调扭剪和三轴-扭转耦合循环剪切试验。试验结果表明：不同超固结比黏土的单调扭剪强度也可由正常固结黏土的单调扭剪强度得到,得到了不同超固结比下饱和黏土的强度及模量的退化规律;随着超固结比的增大,相同破坏循环次数的动应力比和临界循环应力比均线性增大;超固结比对耦合循环剪切的孔隙水压力的发展模式影响显著。参考Yasuhara的测量方法,采用荷载停止后继续采集孔压的方法可以更好地反映黏土在耦合循环荷载下产生的真实孔压和孔压的增长情况。提出的综合应变式同时考虑了剪切变化和正向偏差变形的共同效应,适合作为主应力连续旋转的耦合循环剪切试验的破坏标准。     

Effect of cyclic loading on the residual strength of over-consolidated silty clay in a ring shear test

In this paper, the effect of cyclic loading on drained residual strength of over-consolidated silty clay is examined based on the results from ring shear tests which were conducted with a sophisticated ring shear apparatus. Initially sheared to form shear zones under different pre-consolidation pressures and at different shear rates (SRs), soil samples were then tested under cyclic loading. After the cyclic loading application, the samples were re-sheared while the corresponding shear strengths were measured. The results show that the effect of cyclic loading on residual strength is noticeable. The effect is related to pre-consolidation history and SR of the soil samples. Under conditions of relatively low over-consolidation ratio (OCR), the soil samples show an increase in residual strength with decreasing SR after cyclic loading. Most of the peak strength values after cyclic loading are higher than the residual strength values obtained before cyclic loading. Two effects of cyclic loading on the residual strength are identified: (a) If OCR is less than or equal to 3.0, the residual strengths measured after cyclic loading are larger than those before cyclic loading; (b) If OCR is greater than or equal to 3.5, the residual strengths after cyclic loading tend to become lower than those in the shear tests before cyclic loading.     

花岗岩残积粘性土加、卸荷抗剪强度分析

以广州地区花岗岩残积粘性土为研究对象,通过击样法制备特定含水量试样,在不同压力下进行固结加、卸荷试验,对比分析试验数据,初步研究加、卸荷状态下花岗岩残积粘性土的抗剪强度变化,探寻先期固结压力、含水量与抗剪强度间规律。重塑残积土抗剪强度随含水量增加而减小;在先期固结压力相同的条件下,卸荷相对加荷试验条件下的土体强度显著减小,且减少值随残积土含水量的增加而逐渐减小,故在基坑开挖等卸荷工程项目中,应充分考虑卸荷对土体抗剪强度的影响,在卸荷工程中采用土体卸荷抗剪强度指标更符合工程实际。     

低塑性粉土液化重固结后剪切强度研究

通过室内三轴试验研究美国中部密西西比河流域低塑性粉土的液化重固结后剪切强度。研究成果表明,正常固结低塑性粉土液化后不排水剪切强度Su随重固结度的增加而提高,而且呈现类固结现象。类似于未受震动的情况,液化完全重固结后不排水剪切强度比Su,OC/Su, NC与固结比OCR呈幂指数关系,只是幂指数相对于未受震动情况稍大。随着OCR的增加,完全重固结引起的不排水剪切强度变化?Su, recon先提高后降低,当OCR =3.42时,?Su, recon达到最大值。液化完全重固结后不排水剪切行为不具有准稳态现象,随着轴应变增加,应力逐渐增加直至达到临界状态。另外,液化完全重固结后不排水剪切应力-应变曲线可被有效固结应力? ′c归一化。最终提出了计算液化完全重固结后低塑性粉土不排水剪切强度的计算公式。     

维持荷载作用下单桩沉降的时间效应

研究单桩在不同维持加载时间的桩顶荷载-沉降关系曲线,揭示了不同载荷比条件下桩侧和桩端下土体中的初始超静孔压分布,分别讨论了土的固结与蠕变特性对单桩沉降的影响。分析表明,土体的固结对单桩的维持载荷试验的影响很小,桩身上的荷载主要以剪应力的形式传递到周围土体中。土体的蠕变对单桩沉降的影响与土的超固结比或沉积时间有关,桩顶沉降中的蠕变部分随超固结比的增大而减小。     

冻融作用对兰州黄土力学性质的影响

以兰州黄土为研究对象,让土样在封闭系统下经历一个冻融循环,再考察土的强度参数（c,φ）和前期固结压力（Pc）在冻融作用下的变化规律。试验表明,冻融循环对不同干容重的土具有强化和弱化的双重作用,并由此导致其力学性质发生相应的变化。相同冻结温度梯度下,随着土样干容重的增大,冻融后Pc和c具有首先增大然后减小的规律,并存在一个临界干容重,在这个干容重下,土样经过冻融后Pc和c不发生变化;干容重较小时,冻融后φ变化不大,随着干容重的逐渐增大,φ有少许增大。同一干容重下,随着冻结温度梯度的增大,冻融后Pc变化量减小,c的变化量增大,而φ的变化不大（呈逐渐增大趋势）。冻结温度梯度对力学性质的影响,主要是孔隙水的不同冻结方式造成的。     

考虑应力历史的饱和土抗剪强度测试方法探讨

通过直剪试验和三轴试验,研究了超固结状态和正常固结状态土强度指标的差异性。抗剪强度指标在大于和小于前期固结压力的压力段明显不同,试验资料整理时应分别确定抗剪强度指标。剪切前,试样在其自重固结压力（重塑土为预固结压力）下作预处理,比较了在垂直压力或围压小于前期固结压力和大于前期固结压力两个压力段的强度指标,前者不固结不排水剪黏聚力c小于后者,内摩擦角φ大于后者;固结不排水剪黏聚力c大于后者,内摩擦角φ小于后者。重塑土强度试验模拟的应力历史很难真实反映实际工况土体的强度特性,室内试验应尽量使用原状土进行抗剪强度测试。室内试验确定土的抗剪强度指标时,应先确定地基土的前期固结压力、K0状态参数,按工程实际应力状态确定。     

成层软土地基预固结处理后桩基水平承载力估算方法

目前通过对软土地基预加固处理来提高桩基水平承载力已被工程界认可,但如何在工程前期设计过程中估算软土地基预处理后桩基水平承载力提高值仍是技术难点。基于此,参考Bowles[1]的地基土水平抗力计算式,同时考虑成层软土地基预排水固结处理影响,通过数学推导,推求出根据原状软土室内土工试验抗剪强度指标及预加固处理时间,估算软土地基预处理后桩基水平承载力提高值的实用计算方法。考虑桩侧土弹塑性屈服影响,推导出成层软土中水平受荷桩弹塑性解析解及塑性区深度的计算式,给出了桩顶水平位移、桩身最大弯矩的无量纲计算式及相关计算源代码。依托于浙江省某水闸桩基工程案例,根据提出的计算方法对桩基水平承载力、桩顶水平位移及桩身最大弯矩等性状进行预估计算,并与地基预处理前、后现场试桩检测值进行验证对比,认为桩基水平承载力、桩顶水平位移及桩身最大弯矩等预估计算成果与工程现场试桩的检测值较接近,对类似工程设计具有较好的参考价值。     

不同温度应力路径下饱和黏土剪切特性

在精准温控动三轴试验系统上开展了不同温度及不同升温路径饱和黏土剪切试验研究,探讨了不同温度对饱和软黏土不排水剪切特性的影响,分析不同升温固结方式对饱和软黏土孔压发展、体变、强度以及模量的影响规律。试验结果显示：在4～76 ℃试验研究范围内,环境温度升高导致饱和软黏土的不排水剪切强度有所减少,但温度升高对土体模量增加影响明显,温度T和模量ET关系可用ET = 2.69T 0.3表达;升温变化时正常固结黏土产生超孔隙水压力并随着温度增大而增大,升温热固结后土的剪切强度将明显提高,且排水状态下升温固结对土剪切强度增长小于升温完成后再固结情况;土体从26 ℃分别升高20、40 ℃时,升温引起的超孔压比分别为0.41、0.61,剪切峰值强度分别增加8.23%、22.37%。研究表明：升温幅值增大会使土体热固结程度越大,升温分级越多,热固结也越充分,其对应的体变、强度增长率则越大;同时最终温度及热固结路径对其剪切相转换特征存在影响,升温越高、热固结路径越多其剪胀性越明显,但温度变化范围、固结分级、热固结路径总体上对孔隙水压力的发展基本不产生影响。