高填方地基的蠕变沉降计算方法

高填方地基的填方体量大、填方高度高的特征决定了高填方地基具有较大的工后沉降,可能会影响工程的实际应用,研究高填方地基工后沉降的计算方法对于控制工后沉降具有重要意义。蠕变沉降是高填方地基工后沉降的重要组成部分,试验表明,土的蠕变变形主要受时间和应力历史等因素影响。基于考虑时间效应的统一硬化模型,以瞬时正常压缩线为参考线,引入弹性瞬时压缩线,建立了可以同时考虑时间和应力历史影响的高填方地基一维蠕变沉降计算方法,并对室内试验进行了计算,计算结果与试验结果基本一致。所建计算方法所用参数除一个参数外其余都为常见参数,而新参数可以通过常规试验确定,该计算方法便于工程应用。     

山区机场高填方地基工后沉降变形简化算法

我国西部山区机场建设的迅猛发展导致高填方地基日益增多。填方体量大、高度高,且存在软弱原地基是此类填方地基的主要特点,这也增加了预测其工后沉降变形的难度。针对山区机场高填方地基的构成特点,将其工后沉降变形的计算分为软弱原地基和上部粗粒填料填方体两部分进行考虑。在分析比较已有简化算法的基础上,对软弱原地基的沉降变形提出了可以考虑施工加载过程的简化计算方法,并应用此法对实际工程进行了计算,所得结果与现场实测值吻合相对较好;通过对室内试验数据进行分析,发现双曲线模型亦能较好的预测粗粒料的蠕变变形,进而在此基础上提出了计算粗粒料填方体长期蠕变变形的简化算法。     

加载与干湿循环作用下土石混合料蠕变特性试验

土石混合料在干湿循环作用下具有显著的蠕变性,其对高填方工程蠕变变形的影响不可忽略。为了研究了不同干密度及荷载水平对土石混合料湿化蠕变变形的影响,开展了9组土石混合料干湿循环作用下的压缩蠕变试验。结果表明,土石混合料的湿化蠕变变形随荷载水平的提高而增大,随干密度的提高而显著减小,但随着干密度进一步提高,湿化蠕变变形的减小幅度则明显弱化。土石混合料在干湿循环作用下的湿化蠕变变形与干湿循环次数对数之间较好地满足线性发展规律,初次湿化应变及湿化蠕变速率均同荷载水平及干密度之间符合幂函数特征,在此基础上提出了考虑不同干密度及荷载水平的土石混合料干湿循环蠕变经验模型。     

高填石路堤蠕变本构模型及其参数反演分析与应用

结合高填石路堤工后沉降变形机理与工程特点，基于工程实测数据，提出了高填石路堤工后沉降蠕变变形的双曲线型三参数本构模型，并引进遗传算法与有限元分析理论，建立了该模型参数的反演分析方法。在此基础上，利用蠕变有限元分析手段，深入探讨了高填石路堤工后沉降的分析计算方法，并开发了相应的分析计算软件。结合某高填石路堤工程实践，探讨了高填石路堤双曲线三参数蠕变本构模型和高填石路堤工后沉降计算的应用方法。工程实例分析表明，提出的本构模型及其工后沉降计算方法简单，可以满足工程要求，初步建立了一种新的高填石路堤工后沉降计算方法。     

基于一维固结试验的压实黄土蠕变模型EI北大核心CSCD

运用高压固结仪对压实黄土进行了长期蠕变试验,试验结果发现,压实黄土有很明显的蠕变变形,蠕变变形占总变形的6%-23%。试样含水率越高,压实度越小,蠕变占总变形的比例也越大,随着应力水平的提高,蠕变占总变形的比例减小。提出了适合描述压实黄土变形规律的非线性经验蠕变模型,结合分层总和法,对此模型进行了验证,并运用此模型,研究了不同含水率、不同压实度下黄土高填方工后沉降的变化规律,发现工后沉降与填料压实度和含水率之间符合对数关系。若以工后沉降速率v〈0.1 mm/d为工后沉降稳定标准,则高填方沉降在工后200-650 d稳定,且压实度越高,含水率越低,沉降稳定需要的时间越长。     

基于一维固结试验的压实黄土蠕变模型

运用高压固结仪对压实黄土进行了长期蠕变试验,试验结果发现,压实黄土有很明显的蠕变变形,蠕变变形占总变形的6%～23%。试样含水率越高,压实度越小,蠕变占总变形的比例也越大,随着应力水平的提高,蠕变占总变形的比例减小。提出了适合描述压实黄土变形规律的非线性经验蠕变模型,结合分层总和法,对此模型进行了验证,并运用此模型,研究了不同含水率、不同压实度下黄土高填方工后沉降的变化规律,发现工后沉降与填料压实度和含水率之间符合对数关系。若以工后沉降速率v < 0.1 mm/d为工后沉降稳定标准,则高填方沉降在工后200～650 d稳定,且压实度越高,含水率越低,沉降稳定需要的时间越长。     

高填方地基粘弹性参数反演及工后沉降分布规律预测

云南巧家高填方工程场地地形崎岖,高差悬殊,存在工后沉降量大以及不均匀沉降等问题,而传统沉降预测方法因忽略参数差异性问题不能准确预测高填方场地工后沉降。基于云南巧家高填方工程30组实测沉降数据,采用粘弹性模型、指数模型和双曲线模型三种方式进行工后沉降预测,结果显示粘弹性模型对于高填方沉降预测精度明显优于其他两种模型。基于粘弹性模型预测了云南巧家高填方工程工后沉降分布规律,探明了最大沉降速率和最终沉降的分布区域,为后续开展工程措施提供了合理的科学依据。通过粘弹性本构模型参数反演发现云南巧家高填方工程回填材料的压缩模量和粘滞系数均呈现显著的空间差异性,若不考虑参数空间差异性将会导致预测结果产生显著的误差。基于此提出了高填方场地考虑参数变异性的分区计算方法,该方法不仅能够减少整个高填方场地计算参数,并且能够有效提升预测结果精度,从而满足工程需求。     

基于黄土变形时效试验的高填方工后沉降研究

以填土厚约80 m的吕梁机场黄土高填方试验段为研究对象,开展不同性状黄土的室内变形时效性试验,并建立了反映其变形时效性的修正Burgers模型（M-B模型）,将其引入到有限差分法软件FLAC3D中,开展了填土在不同压实度、含水率控制标准和不同地基处理方案下高填方的工后沉降规律敏感性分析。基于原位监测结果进行数值反演和预测分析,进一步探究室内试验得到的变形时效性参数与高填方概化层参数之间的差异。结果表明：深厚黄土地基上的高填方工程,其原地基的处理是控制工后总沉降的首要因素,在设计填料的压实度时,其含水率的控制也是影响工后沉降的重要因素;经反演分析得到,概化层变形参数比室内大1～4倍,预测得到深厚黄土地基上的高填方沉降稳定的时间需3～4 a,建议竣工后1.5～2.0 a开展基础设施建设。     

土石混合体填筑路堤中的非线性蠕变模型探析

针对土石混合体填筑路堤工后沉降的非线性蠕变特性,提出了一种能考虑材料非线性黏弹性变形的蠕变模型。基于目前对土石混合体蠕变机理研究,将路堤工后的蠕变沉降部分考虑为非线性的衰减蠕变过程,建立了修正的Kelvin模型、广义修正模型,且得到了模型参数的识别方法;通过对修正模型分析表明,非线性常数取值对蠕变曲线变化有较大影响,修正模型的蠕变长期应变值比Kelvin模型要小;结合相关文献中对土石体填料的蠕变试验研究资料,用修正Kelvin模型对试验结果进行拟合,并对参数进行了反演,反演效果良好。修正模型的建立可为编制非线性黏弹性数值计算软件提供理论基础。     

预压作用下软土微观结构试验及弹黏塑性模型研究

为了揭示软土固结蠕变机制,计算软基“工后沉降”,开展了室内模拟真空、堆载以及真空-堆载联合预压加固软土的固结蠕变三轴试验及三轴试验前、后的微观结构试验。建立了能考虑微观结构改变的弹黏塑性(EVP)软土蠕变模型。研究结果表明：原状软土样在真空预压、堆载预压、联合预压3种预压荷载作用下,固结过程和蠕变过程具有耦合效应;土体微观结构参数的改变与宏观工程性质的改变具有相辅相成的关系;EVP模型弱化了具体应力路径的变化,其反映弹性的参数和反映黏塑性的参数可由微观结构参数确定;改进的EVP模型既能计算土体的弹黏塑性变形,也考虑了土体微观结构的变化,能更全面地反映土变形的实质。     

机场高填方蠕变沉降的数值反演预测

将考虑时间效应UH模型编写用户材料子程序（UMAT）并嵌入到有限元软件ABAQUS中,再结合多岛遗传算法搭建了数值反演平台。在实际工程中降雨、融雪和临时堆载等因素都会扰乱常态蠕变的沉降规律,使得沉降加快形成突变沉降,进而影响数值反演的预测结果。通过引入非常态蠕变概念并分析突变期间沉降加速的机制,提出了考虑非常态蠕变的反演预测方法。此外,当填方体缺乏分区依据且以多个监测点的沉降数据作为反演目标时,引入了反演参数的分布函数来代替几何模型的分区。并在此基础上进一步考虑沉降突变期间的非常态蠕变影响,进而提出多监测点下考虑非常态蠕变的沉降预测方法。最后,通过河北省承德机场高填方含有沉降突变的监测数据,验证了多监测点数据下考虑非常态蠕变的数值反演的准确性和实用性。     

A creep model for compacted loess based on 1D oedometer testEI北大核心CSCD

A series of long-term 1D oedometer test on compacted loess has been conducted using a high pressure consolidometer. It is found that the compacted loess has remarkable creep deformation and the proportion of the creep deformation in total deformation can come up to 6%-23%. The creep deformation proportion goes higher as the water content of the sample increases and the compaction degree reduces. And the creep deformation proportion decreases with the increase of stress level. A nonlinear creep model, which can well describe the rules of post-construction settlement of compacted loess, is proposed. The validity of model is verified by comparing the results from proposed model with those from the layer-wise summation method. The proposed model is employed to examine the variation law of the post-construction settlement under the conditions of the different water contents and compaction degrees. It is found that there exist logarithmic relationships between the post-construction settlement and the compaction degree/water contents. Supposing the velocity of the post-construction settlement v<0.1 mm/d is the stabilized standard, the high embankment settlement trends to be stable in 200 to 650 days after construction. The higher the compaction degree is, the lower the water content is, the longer the time up to stable required is.     

A combined method to predict the long-term settlements of roads on soft soil under cyclic traffic loadings

In order to investigate the mechanism of the long-term settlement of road on the soft soil, an in situ measurement of a highway in southeast China was conducted during both the construction and post-construction stage. In the theoretical analysis, the long-term settlement of the pavement on thick soft soils was divided into three main components: the consolidation settlement, the creep deformation and the traffic load-induced deformation. The equivalent time line model based on the viscous–elastic–plastic theory was adopted to simulate the road settlement caused by the consolidation and creep of the subsoil. A cyclic strain accumulation model, which was obtained from laboratory tests of soil elements, was adopted to consider the road settlement induced by cyclic traffic loadings. A pavement dynamic response model was used to calculate the dynamic stresses in the subsoil generated by moving traffic loads when the road was open to service. It was found that the equivalent time line model combined with the cyclic strain accumulation model could predict the road settlement accurately at both the construction and post-construction stage. Numerical results showed that the traffic speed had limited effect on the post-construction road settlements for the speed range considered. The post-construction settlement of the road, mainly composed of the traffic-induced settlement and soil creep deformation, could be reduced significantly by increasing the embankment surcharge during the construction stage. The creep component accounted for over 10% of the total post-construction settlement, while the percentage of the creep deformation in total post-construction settlement decreased rapidly as the embankment surcharge increased.     

季节冻土区黄土路基水分与温度变化规律研究

为研究季节冻土区压实黄土路基变形的影响因素,通过现场监测得到路基水分场与温度场的变化规律,并结合室内试验与数值模拟分析路基变形规律. 结果表明,天然地面以上路堤土体具有明显的季节性,水分场及温度场变化剧烈,而天然地面以下土体温度场及水分场变化较平缓,季节性不强. 路堤最大冻深约1 m,经历强烈的冻融循环和干湿交替过程,含水率变化量为5%~29%. 冻融循环作用在路肩处产生的变形较大,而干湿循环作用在路基中心处产生的变形较大,且后者引起的变形大于前者.     

滨海软土非线性流变模型及其工程应用研究

基于室内一维固结蠕变试验,研究了天津滨海淤泥质软黏土的蠕变变形规律,建立了反映滨海软黏土的非线性流变本构模型,确定了模型中的各个参数。通过此本构模型推导出天津软黏土的沉降计算公式,利用该公式对天津滨海地区北塘水库大坝软土堤基进行了沉降计算和分析,计算值与实测值比较吻合,证明了流变模型的合理性,同时也说明在软土地基沉降计算中,考虑非线性流变性状的影响是必要的。并对天津滨海新区软土长期蠕变沉降作出预测。