共轭剪切角的流变学意义

基于最大侧向位移速率假设(Maximum lateral displacement rate, 简称MLDR), 本文提出了一个关于共轭剪切角的流变学理论。根据这个假设, 无论是压应力或张应力作用在一个固体上, 剪切带总是沿着使得被剪切带分割的块体的侧向位移速率为最大的方向发育。换句话说, 如果平行于驱动应力的纵向位移速率或驱动应力的大小被看作为边界条件, 那些被剪开的块体总是以最快的可能速度从两侧挤出或饲入变形区。该理论的优点是:剪切位移的方向是可逆的。因此, 同一剪切带可以在挤压和拉张应力体系中活动。在各向同性固体中, 剪切带的方位和驱动应力方向之间的夹角θ由方程式 tan θ= 确定, 其中n为描述该固体塑性流动的幂指数。      

不同方式处理后软土地基侧向变形规律

高速公路建设期侧向位移的控制是评价路基变形的重要依据。依据四川省遂－资（遂宁至资阳）高速公路软基沉降变形观测的数据,通过对现场监测资料的分析,分别探讨西南地区软土路基经塑料排水板（PVD）、碎石桩处理后,路基侧向变形y与深度z,最大侧向变形增量△ym与地表沉降增量△SD,平均侧向变形量Sy与地表沉降量Sf的变化规律。 研究表明,（1）根据Boussinesq解答和实测数据得到路堤荷载作用面积下变形y随着深度z大致呈“S”形变化,近地表变化剧烈,随荷载增加最大侧向位移深度基本保持不变,土体最大侧向变形深度与路堤填筑高度无关,与土性有关;（2）经PVD处理后的软基在填筑期、预压期均有大量侧向位移发生,各占总位移量的50%,最大侧向位移深度在距离地表1.0～1.5 m处;（3）经碎石桩处理后软基侧向位移在填筑期已完成总位移量的75%～80%,总位移量明显小于PVD处理后软基侧向位移量,最大侧向位移深度在距离地表2.5～3.5 m处;（4）PVD处理软基在固结阶段△ym/△SD、Sy/Sf分别为0.15～0.30和0.10～0.20,大于填筑前期2～4倍,而碎石桩处理软基固结阶段△ym/△SD、Sy/Sf分别为0.10～0.15和0.03～0.05,各个阶段变化相当。     

单轴压缩岩样轴向回跳及侧向回跳理论研究

研究了单轴压缩条件下轴向回跳及侧向回跳之间的关系。在应变软化阶段,试样的弹性轴向应变及弹性侧向轴向应变由虎克定律确定;试样的轴向塑性应变及侧向塑性轴向应变由梯度塑性理论确定,它们与应力水平、剪切带倾角及宽度、软化模量及试样的尺寸有关。根据轴向应力-应变曲线及侧向应力-应变曲线软化段斜率的正负,得到了轴向回跳及侧向回跳的条件。轴向回跳的原因是轴向弹性应变的恢复快于轴向塑性应变的增加。侧向回跳的原因是侧向弹性应变的恢复快于侧向塑性应变的增加。当剪切带倾角的正切小于泊松比与试样宽高比之积时,若侧向变形发生回跳,则轴向变形就发生回跳;反之,若轴向变形发生回跳,则侧向变形就发生回跳。对于常规岩样,若侧向发生回跳,则轴向必定是回跳的。在应变软化阶段,根据轴向应变及侧向应变是否发生回跳,轴向应变与侧向应变曲线被划分为4种类型：即轴向回跳及侧向回跳情形、轴向回跳及侧向回跳情形、轴向不回跳及侧向回跳情形及轴向回跳及侧向不回跳情形,并得到了各种类型的条件。     

港湾广场（一期）深基坑变形监测与分析

深基坑施工变形监测是信息化施工的重要内容,以广州港湾广场(一期)深基坑工程为例,通过对开挖过程中土体水平位移、支护结构侧向位移、支护结构内应力、沉降等监测,结合围护结构的强度检测,采用反演分析对基坑变形进行数值模拟,预测不同开挖深度时基坑的位移变形量,实际监测结果与预测值基本一致,为基坑的设计和施工提供可靠的依据。     

路基体内最大侧向位移的位置

路基体内最大侧向位移位置的准确确定,对于合理布置测斜仪、准确把握路基变形特征具有重要意义。基于非线性有限元方法,对路堤各施工阶段路基体内的最大侧向位移的位置进行了考察,对比分析表明:在各施工阶段路基体内最大侧向位移的位置并不是固定不变的,其随着填筑和固结阶段的不同而发生变化。最大侧向位移的位置一般位于坡趾处竖向断面与坡中竖向断面之间的范围附近,故建议把测斜仪布置在该范围内(为了施工方便,可布置在坡中竖向断面或坡趾竖向断面处)。分析表明,工程中通常采用的利用测斜仪来量测路基深部侧向位移发展情况的技术存在一定的弊端。故需发展更精密的仪器来考察路基侧向位移的基本特性。     

路基拓宽工程的基本特性分析

基于非线性有限元方法, 对路基拓宽工程的基本特性进行探讨。对比分析表明: 拓宽部分竖向沉降与侧向位移的数值明显大于旧路基的相应值,且侧向位移在新旧路基结合处取得最大值,这必然导致新旧路基结合处容易出现拉应力区,从而形成常见的纵向裂缝。对于指定的拓宽宽度来说,在路基两侧进行拓宽比仅在某一单侧拓宽更容易减小新旧路基的沉降差,工程实际中应尽量在旧路基两侧同时进行拓宽。路面竖向沉降的峰值随着土体变形模量的增大而减小,随着土体重度的增大而增大。路基的稳定性随着土体黏聚力或内摩擦角的增大而增大,随着填土重度及车辆等效均布荷载的增大而减小。工程实际中应尽量选用重度小、变形模量大且强度高的土体作为路基拓宽部分的填料。     

侧向卸荷条件下冻结砂岩变形特性

新庄煤矿立井采用冻结法施工技术,在井筒开挖的过程中,由于侧向卸荷作用导致围岩产生卸荷变形。从新庄煤矿立井现场采集白垩系中粒砂岩,对加工后的岩样进行饱水处理,然后利用GCTS电液伺服控制高低温高压岩石三轴测试系统进行冻结（-10 ℃）条件下的恒轴压、卸围压三轴试验,模拟在井筒开挖过程中围岩的应力变化路径,探索冻结砂岩的变形特性。研究表明：侧向卸荷条件下冻结砂岩表现出弹-脆性特征,轴向表现为压缩变形,径向表现为膨胀变形,径向变形量约为轴向变形量的2倍;当卸荷速率一定时,岩样的卸荷变形随初始围压的增大而增大,尤其是径向变形最为显著,这可能与卸荷回弹变形及岩样内部聚集的能量大小有关;围压卸荷到同一应力水平时,高卸荷速率下岩样的卸荷变形量较小,而变形速率较大;卸荷作用导致岩样变形模量减小,横向应变与纵向应变之比增大,卸荷速率越小,初始围压越大,应变之比变化越大。     

路堤下深厚软土侧向变形的沉降影响研究

通过三轴蠕变试验和平面应变蠕变试验,研究路堤下深厚的海相沉积软土侧向变形对沉降的影响作用。试验结果表明,荷载作用下软土的瞬时沉降是非线性的,剪应力作用产生了不可恢复的侧向变形,侧向变形产生的附加沉降也是重要组成部分。软土的侧向变形在不排水条件下只有鼓胀变形,且持续发展;在排水条件下是鼓胀变形和收缩变形的迭加。在排水条件下软土的侧向变形发展过程和剪应力水平有关,在低剪应力水平下侧向变形对沉降的影响不显著,在高剪应力水平下则侧向变形对沉降的影响不能忽视,剪应力对沉降的影响贯穿于沉降全过程。     

高速公路工程中粉喷桩复合地基最大侧向变形研究

分析了粉喷桩复合地基路堤填筑过程中最大侧向变形发展的特性,确定了坡脚处最大侧向变形与路中沉降呈双直线的关系,坡脚处最大侧向变形在大部分填筑过程中与路中沉降呈 0.115的关系。对比分析了粉喷桩复合地基和天然地基侧向变形发展规律的差异,并基于复合地基理论分析,认为导致它们差异变化的原因是粉喷桩复合地基桩-土应力分担比的变化。     

路堤荷载下地基的侧向变形计算分析

目前关于路基侧向变形研究,大都是基于现场测试或数值模拟,却鲜有理论上的计算与分析。为深入研究路堤荷载下地基的侧向变形,基于布辛奈斯克等弹性理论解及平面应变问题,推导出无限长线荷载、均布条形荷载、三角形分布条形荷载及梯形分布条形荷载下地基侧向变形解析表达式,并与有限元数值计算结果对比验证了解析解的正确性。在此基础上,重点分析了土体的泊松比、路堤宽度以及路堤边坡宽度等参数对地基侧向位移场的影响。计算结果表明,路堤荷载下地基同一垂直线上土体的侧向变形沿深度呈弓形状,变形最大值在地表下某深度处。泊松比对地基侧向位移有较显著的影响：在坡脚附近地表浅层处,随着泊松比的增加,土体侧向变形的方向由向路堤内逐渐转为向路堤外;另泊松比越大,土体的水平位移也相对越大,且最大位移发生位置逐渐上移。研究结果可为类似路堤工程地基变形分析及稳定性控制监测提供一定理论支撑。     

考虑侧填荷载的分离式基础涵洞地基承载力新算法和试验

为了研究涵侧填土对采用分离式基础涵洞地基承载力的提高效应,先结合基底土体的受力特点,进行受力分析,建立计算模型,构建求解分离式基础地基极限承载力的算法,给出承载力表达式。然后在相似理论的指导下,设计了5组模型,试验模拟粉质黏土地基受荷变形直到破坏的全过程,绘出荷载-沉降曲线,测得涵侧填土高度为0、4、8、12、16 m时的地基极限承载力。试验发现:随着侧填土高度的增加,承载力显著提高,当填土为12 m时已达到885 kPa;但提高幅度表现出非线性特性,先从18.42%增加到36.11%,然后减小到3.39%;当填土达到16 m时承载力达到915 kPa且不再增加;同时发现使用本文算法与试验实测值的误差小于10%,可以考虑用此算法计算分离式基础涵洞的地基极限承载力。继而得出结论:当涵洞地基沉降满足设计要求时,涵侧填土显著提高了地基承载力,节约工程造价,且提高的幅度先增加后减少,当达到16 m时地基承载力便逐渐趋于915 kPa。     

吹填场区软黏土地基的次固结特性研究

针对天津中心渔港吹填场区软黏土地基进行了一系列的固结压缩试验,获得应力、应变与时间的关系,对比分析了吹填土层和天然沉积土层的固结和次固结特性,为吹填场区软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明,吹填土和天然沉积土的应变速率与时间双对数曲线具有很好的线性相关性;处理后吹填土含水率和压缩性较低,天然沉积土含水率和压缩性高;随荷载P增大,吹填土的次固结系数Ca?变化不大,天然沉积土的次固结系数Ca先增大后减小,最终趋于稳定;次固结系数Ca与压缩指数Cc具有良好的线性相关性,其随时间的增加均呈对数下降趋势。     

以吹填砂为覆盖层的饱和软粘土地基强夯试验研究

针对某港区工程陆域不同区域的地质条件和工程荷载,进行了不同工艺的强夯试验,对夯坑周围地表变形、土体水平位移以及孔压的增长和消散进行了观测,并对强夯加固效果进行了试验研究。研究表明,采用强夯法加固以吹填砂为覆盖层的饱和软土地基是可行的,有效加固深度可达到6 ~7 m,吹填砂层厚度对有效夯击率和碎石土垫层的作用有显著影响。由于吹填砂层和淤泥质粘土层中的粉细砂薄层有利于孔隙水压力的消散,用强夯法处理该类地基时,如果设计加固深度较小时,可以不设置竖向排水体。通过对试验数据的分析研究,获得强夯法加固该类地基土的最佳强夯参数和施工工艺,并且认为选择强夯施工工艺应考虑吹填砂层厚度。     

软土路基沉降与软土层厚度及填土高度的关系分析

本文就路基沉降观测资料进行深入分析,总结出路基沉降与软土层厚度及填土高度的关系和规律,并分析了原因,推导出计算路基沉降的公式,提出了判断填土速率快慢和填土高度变化大小的新方法。     

加筋土在香港的应用

香港使用加筋土研究经验及建造方法。施工实例包括建造加筋土挡土吸边坡和软土地基加固工程。     

基坑内土体加固对悬臂式支护结构的影响分析

在软土地区采用悬臂式支护结构易造成基坑侧向位移过大,工程中常采用坑底加固措施达到减少侧向位移的目的。为了得到坑底加固土体对围护结构的影响规律,首先以弹性地基梁法为基础建立了基坑的有限元模型,利用该模型分析了坑内土体的加固深度及程度对悬臂式围护结构变形及内力的影响。结果表明,悬臂式围护结构的位移随加固深度及程度的增大而减小,而且还存在着临界加固深度及程度;悬臂式围护结构的内力受加固深度及程度的影响较小。因此,合理地确定坑内土体的加固深度及程度既能保证基坑安全,又能够节省工程造价。     

上覆压力及排水条件对吹填软土强度影响

吹填土由于其成分来源及沉积环境不同,性质千差万别。以天津海积软土为土质材料,模拟现场吹填环境,研究了吹填软土强度形成影响因素。试验表明,不同的压力及排水条件对吹填软土强度增长影响较大。当排水条件有利于土体中的水排出时,强度增长明显。上覆压力对土体强度增长的影响通过一定的排水条件得以实现,排水条件差和压力增大时,强度增长缓慢且很小,反之,强度增长快且绝对值大。     

剪切速率对结构性吹填软土力学特性影响试验研究

黏土在剪切变形过程中,剪切速率的不同会对其结构破坏产生不同影响,从而影响其力学特性.本文以天津滨海新区吹填软土为研究对象,在对吹填软土关于结构性讨论的基础上,开展了剪切速率对其力学性状影响的三轴试验研究,分析其剪切速率力学效应.试验结果表明:随着剪切速率的提高,在低围压条件下,吹填软土的强度及其结构屈服应力均先减小后增大,存在临界剪切速率,而在高围压条件下,强度及其结构屈服应力则逐渐增大,与剪切速率呈正相关关系,临界剪切速率逐渐消失; 吹填软土的黏聚力在不同围压下随剪切速率提高均呈现减小趋势,内摩擦角在低围压条件下随剪切速率提高呈现增大趋势,在高围压条件下则随剪切速率提高呈现减小趋势; 在剪切过程中,孔隙水压力均随着轴向应变的增大到某一值然后稳定下来,随着围压的进一步加大,孔隙水压力的稳定值会随剪切速率的提高呈减小趋势.     

天津滨海新区吹填软土固化试验研究

天津滨海新区有大面积吹填软土,难以直接满足工程建设的要求,需进行固化处理。现采用主剂水泥和外加剂石膏、NaOH、Na2CO3和FeCl3,通过组合配比对天津滨海新区不同含水率的吹填软土分别进行室内固化试验,以无侧限抗压强度为指标,经有效地筛选和对比分析,确定了适用于不同工程性质的两种固化剂组合配比,并对固化土的微结构特征进行了分析研究。试验研究表明,水泥加适量的外加剂加固天津滨海新区吹填软土效果明显好于纯水泥土。微观结构分析表明,与同一龄期下水泥土相比,固化土生成的水化物更多,孔隙含量更少,表现出更稳定的微结构特性,也从机制上解释了该现象。     

Response of multilayer geosynthetic-reinforced bed resting on soft soil with stone columns

In the present study, a mechanical model has been developed to study the behavior of multilayer geosynthetic-reinforced granular fill over stone column-reinforced soft soil. The granular fill and geosynthetic reinforcement layers have been idealized by Pasternak shear layer and rough elastic membranes, respectively. The Kelvin–Voight model has been used to represent the time-dependent behavior of saturated soft soil. The stone columns are idealized by stiffer springs and assumed to be linearly elastic. The nonlinear behavior of the soft soil and granular fill is considered. The effect of consolidation of soft soil due to inclusion of the stone columns on settlement response has also been included in the model. Plane strain conditions are considered for the loading and reinforced foundation soil system. An iterative finite difference scheme is applied for obtaining the solution and results are presented in nondimensional form. It has been observed that if the soft soil is improved with stone columns, the multilayer reinforcement system is less effective as compared to single layer reinforcement to reduce the total settlement as there is considerable reduction in the total settlement due to stone column itself. Multilayer reinforcement system is effective for reducing the total settlement when stone columns are not used. However, multilayer reinforcement system is effective to transfer the stress from soil to stone column. The differential settlement is also slightly reduced due to application of multiple geosynthetic layers as compared to the single layer reinforcement system.