饱和黏土水土压力合算的计算公式

由于水、土压力合算法存在一定的争议,首先对国内现行水、土压力合算公式在完全不排水条件和稳定渗流情况下计算正常固结黏土水、土压力的误差进行了定量的分析,发现计算结果在大多数情况下偏危险,误差可超过40%;然后根据等效原则,推导出了饱和正常固结黏土和超固结黏土的水、土合算公式,得到的公式与文献[2]建议的公式一致,同时证明了该公式与国外采用固结不排水抗剪强度的水、土压力合算公式也一致;对于正常固结和轻微超固结饱和黏土,由等效原则得到的水、土压力合算公式高估存在渗流时主动极限平衡状态水、土压力的合力,而对于重度超固结饱和黏土,水、土压力合算可能低估存在渗流时主动极限平衡状态水土压力的合力,最危险的状态是负超静孔压完全消散时。水、土压力合算公式是采用总应力指标计算在假定完全不排水条件下饱和黏土进入主动或被动极限平衡状态时的水、土总压力,公式并不能考虑渗流对水、土压力的影响,而渗流对水、土压力的影响显著,在实际工程中应加以考虑。     

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。     

上海粘土的主、次固结性质

一、引言所谓固结现象是指这一种状况,即粘土地基的下沉是在加载后伴随着相当长的时间延滞而产生的,固结速率就是反映下沉的时间延滞。在高压缩性的饱和粘性土的条件下,土的固结速率同时取决于渗透固结和土骨架蠕变。所谓渗透固结,是指饱和粘土在某个载苘作用下,水从土孔隙中挤出的过程,也就是孔隙水压力消散、有效应力增加的过程,当孔隙水压力完全消散时,渗透固结引起的下沉收敛为某一定值,渗透固结速率完全决定于土的透水性和排水距离。     

变荷载下连续排水边界黏弹性地基一维固结性状分析

在考虑软黏土流变特性的基础上,结合工程实际,引入连续排水边界条件,建立了变荷载下连续排水边界黏弹性地基一维固结模型。通过分离变量法与常数变易法,求得了变荷载作用及连续排水边界条件下的饱和软黏土一维固结模型的解析解,进一步研究了透水边界条件和土体参数对超孔隙水压力、有效应力的影响。研究结果表明:上下边界透水性的不同会直接影响超孔隙水压力的变化;越靠近透水性大的边界处的土体固结速度越快,且随着其离排水边界的距离减小,对固结速度的影响逐渐增大;另外,软土层的渗透系数、Kelvin体弹簧的弹性模量和黏滞系数等对土颗粒间的有效应力影响较大。     

变荷载下连续排水边界粘弹性地基一维固结性状分析

本文在考虑软黏土流变特性的基础上,结合工程实际,引入连续排水边界条件,建立了变荷载下连续排水边界粘弹性地基一维固结模型。通过分离变量法与常数变易法,求得了变荷载作用及连续排水边界条件下的饱和软黏土一维固结模型的解析解,进一步研究了透水边界条件和土体参数对超孔隙水压力、有效应力的影响。研究结果表明:上下边界透水性的不同会直接影响超孔隙水压力的变化;越靠近透水性大的边界处的土体固结速度越快,且随着其离排水边界的距离减小,对固结速度的影响逐渐增大;另外,软土层的渗透系数、Kelvin体弹簧的弹性模量和黏滞系数等对土颗粒间的有效应力影响较大。     

变荷载下连续排水边界粘弹性地基一维固结性状分析

本文在考虑软黏土流变特性的基础上,结合工程实际,引入连续排水边界条件,建立了变荷载下连续排水边界粘弹性地基一维固结模型。通过分离变量法与常数变易法,求得了变荷载作用及连续排水边界条件下的饱和软黏土一维固结模型的解析解,进一步研究了透水边界条件和土体参数对超孔隙水压力、有效应力的影响。研究结果表明:上下边界透水性的不同会直接影响超孔隙水压力的变化;越靠近透水性大的边界处的土体固结速度越快,且随着其离排水边界的距离减小,对固结速度的影响逐渐增大;另外,软土层的渗透系数、Kelvin体弹簧的弹性模量和黏滞系数等对土颗粒间的有效应力影响较大。     

动力排水固结法加固软土路基的模型试验研究

软土中孔隙水压力长消规律是研究动力排水固结法加固机制及控制施工效果的关键因素。针对这一问题,设计了动力排水固结法加固软土路基的模型试验装置并进行了试验。试验模拟某高速公路现场条件,按不同锤重、不同落距、不同锤底面积等工况分别进行。重点研究了动力排水固结法加固软土路基时,夯击击数、夯击能、夯锤重量及落距等参数在不同组合情况下土体不同深度处孔隙水压力的长消规律。研究表明,夯击能相同的情况下增加夯击次数将导致孔隙水压力消散减慢,但保持夯击能不变的情况下增加锤重比增加落距的加固效果好;高夯击能能使孔隙水压力有较大增幅,相应的加固范围也会增大。为了促使孔隙水压力消散,施工时宜采取多遍夯击,逐遍增加夯击能的施工方法     

基于黏弹性理论的沉桩再固结问题分析

假设桩周土体为饱和黏弹性介质,采用Burgers流变模型进行描述,同时考虑竖向和径向固结,建立了固结控制方程。根据不排水和自由排水情况,将边界条件分为3类并分别得到超孔隙水压力消散的级数解答,该解答能够为孔压静力触探反求固结系数提供一定的理论依据。在此基础上编制了应用程序,对Burgers流变模型中主要参数进行了分析。结果表明,地基表面自由排水、桩端地基不排水条件下,在一定深度以内的桩周土体的固结速度随深度降低,但超过某一范围后固结速度趋于稳定;上、下边界均自由排水条件下,固结速度随深度增加呈现下降、稳定、升高;上、下边界均不排水条件时,孔压消散速度不随深度变化,可简化为本解答仅考虑径向固结的特例。同时土体的流变特性对超孔隙水压力消散的影响比较显著,流变参数G1/1的变化使超孔隙水压力趋于某不为0的定值,且该值随G1/1比值的增大而增加;其他参数不变时,土体剪切刚度比G1/G2的增大会引起孔压消散速度的下降。     

软黏土层一维有限应变固结的超静孔压消散研究

根据土力学固结理论计算分析软黏土层固结过程的超静孔隙水压力值,确定软黏土体固结过程的强度增长,对排水固结法处理软土地基至关重要。软黏土层固结过程中土体变形较大时,有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土固结所得结果差异较大。利用非线性有限元法及程序,通过对软黏土层固结工程算例的计算结果分析,研究了有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土层一维固结超静孔压值消散的差异;探讨了软黏土体一维固结过程中,几何非线性、土体渗透性变化和压缩性变化对超静孔隙水压力消散的影响。研究结果表明,当土体的变形较大时,有限应变固结理论计算出的超静孔压要比小应变固结理论得到的值消散的更快。考虑土体固结过程中渗透性的变化时,超静孔压消散变慢;可用软黏土渗透性变化指数ck 反映渗透性变化对超静孔压消散的影响,渗透性变化指数ck值越小、超静孔压消散越慢。固结过程中软黏土压缩性的大小及变化也影响超静孔压的消散,可用软黏土的压缩指数cc反映固结过程中压缩性的大小及变化对超静孔压消散的影响,软黏土的压缩指数cc越小,固结过程软黏土层中的超静孔压消散越快。     

竖井地基热排水固结模型试验及有限元模拟

设计竖井地基热排水固结模型试验系统,选取宁波软黏土在水热循环温度70℃下开展热排水固结模型试验,分析了无堆载加热、分级堆载、恒载降温阶段各测点的温度、孔隙水压力及地表沉降变化规律,并以试验为原型,利用COMSOL软件建立热排水固结耦合模型,进行了有限元模拟分析。结果表明:模拟结果与试验结果可以相互验证;无堆载加热阶段,土体孔隙水压力先增大后消散,地表沉降先隆起后下沉,地基发生固结压缩;分级堆载阶段,耦合模型地基固结速率较退化模型快,地基平均固结度到达90%时,耦合模型所用时间较退化模型显著减少;恒载降温阶段,降温能使残余孔压快速消散,土体有效应力增加,土体沉降继续增大,地基进一步固结压缩。     

长期循环荷载作用下排水条件对饱和软黏土动力特性影响

由于软黏土渗透系数很小,目前针对饱和软黏土的循环荷载试验绝大多数都是在不排水条件下进行的。但对交通荷载而言,软黏土承受经年累月的长期循环荷载作用,实际的排水条件应该是部分排水的。基于此,通过对温州原状饱和软黏土进行不同循环应力比下的不排水和部分排水大周数（50 000次）循环三轴试验,分析了长期循环荷载作用下排水条件对饱和软黏土动力特性的影响。研究结果表明与不排水条件相比,部分排水条件下软黏土试样的动力特性表现出很大的不同。随着循环次数的增加,部分排水条件下的孔压随先增加后降低,存在一个峰值;经过较大的循环次数后,回弹应变逐渐减小,应力-应变滞回圈逐渐缩短,面积也明显减小。为了准确预测交通荷载作用下的长期沉降,采用部分排水条件进行试验是十分必要的。     

Experimental study of poromechanical behavior of saturated claystone under triaxial compression

This paper presents experimental results of drained and undrained triaxial compression tests of saturated Meuse–Haute/Marne claystone. The emphasis is to study the evolution of pore pressure with growth of microcracks and the effect of pore pressure on mechanical behavior. Basic mechanical responses are first investigated through drained triaxial compression tests, showing nonlinear stress strain relations, volumetric dilatancy and pressure sensitivity. In undrained triaxial compression tests, the pore pressure exhibits a transition from increase to decrease due to the transition from volumetric compressibility to dilatancy caused by the growth of microcracks. The failure surfaces, determined by total stress and Terzaghi’s effective stress under undrained condition, are compared with the one under drained condition.     

饱和土体再固结变形特性若干问题研究

重点考察了冲击能大小、周围压力、土性对再固结变形规律的影响,对一种砂粘混合体土料制备的扰动土样进行了试验研究。这对于了解强夯冲击荷载作用下,不同土类地基的性状及其加固效果有重要意义。此外,还研究了饱和粘性土的扰动固结问题、临界孔隙水压力问题,并对不同排水条件下土体的次固结变形问题进行了讨论。     

Thermally induced volume change and excess pore water pressure of soft Bangkok clay

This paper presents the results of an experimental investigation carried out to study thermally induced volume changes under drained heating condition and thermally induced excess pore water pressures under undrained heating condition of soft Bangkok clay. The clay was heated up from room temperature (25 °C) to 90 °C using a modified oedometer and a triaxial test apparatus, respectively. The clay was found to exhibit temperature induced volume changes and temperature induced excess pore water pressures, in the range of temperatures investigated, depending mainly on the stress history. A theoretical microstructure mechanism that can interpret the thermally induced volume change behaviour at different stress conditions is presented in this study. Furthermore, the thermally induced excess pore water pressure behaviour at different stress conditions is explained using the unloading–reloading hysteresis of the typical soil consolidation curve. The results of this study provide additional data that can enhance the understanding of the thermo-mechanical behaviour concepts of saturated clays.     

常剪应力路径下含气砂土的三轴试验

天然气水合物完全分解时,产生的气体使得能源土孔隙压力急速增加,有效应力减小,进而引起土体液化破坏。此时深海能源土斜坡的应力状态与静力液化失稳过程可简化为含气土在常剪应力排水(或不排水)应力路径下的破坏问题。以此为背景,提出了制备含气砂土试样的改进充气管法,并开展了含气砂土的常剪应力路径三轴试验。22组试验结果表明:同一孔隙比的含气密砂在不同围压与常剪应力下具有相同的失稳线;含气砂土试样失稳时的应力比和体变均随初始相对密实度的增大而增大;含气密砂在常剪应力路径下饱和度对失稳特征影响的规律性在排水与不排水条件下均不明显,但在不排水条件下含气砂土的孔压(或体变)对变形的敏感性降低;含气密砂在常剪应力路径到达失稳点之后,排水条件下是瞬变的液化鼓胀破坏,不排水条件下是渐变的剪切破坏。     

部分排水时饱和粉质黏土变围压循环三轴试验研究

围压循环变化将引起土体孔压累积,加剧土体累积塑性应变,导致地基灾变事故。为研究围压循环变化对饱和粉质黏土变形特性的影响,利用GDS双向振动三轴仪,进行部分排水时饱和粉质黏土的变围压循环三轴试验,研究不同应力路径斜率和循环动应力比时饱和粉质黏土的孔压、轴向累积塑性应变和体应变发展规律,建立部分排水条件时考虑循环围压和循环动应力耦合作用的地基粉质黏土累积应变数学模型。试验结果表明：部分排水时饱和粉质黏土孔压、轴向累积塑性应变和体应变均随循环动应力比和应力路径斜率的增大而增大;动孔压比随着振动次数的增加明显分为急剧增加、快速下降和持续平稳3个阶段;轴向累积塑性应变和体应变均随振动次数的增加而增大。当加载次数超过2 500次时,粉质黏土孔压趋于平稳,变形速率略有降低,但变形持续增加。补充试验结果表明,所建立模型与试验结果具有较高的一致性。研究结果将为交通循环荷载导致的地基灾变控制技术提供理论依据。     

A cavity expansion–based solution for interpretation of CPTu data in soils under partially drained conditions

A cavity expansion–based solution is proposed in this paper for the interpretation of CPTu data under a partially drained condition. Variations of the normalized cone tip resistance, cone factor, and undrained-drained resistance ratio are examined with different initial specific volume and overconsolidation ratio, based on the exact solutions of both undrained and drained cavity expansion in CASM, which is a unified state parameter model for clay and sand. A drainage index is proposed to represent the partially drained condition, and the critical state after expansion and stress paths of cavity expansion are therefore predicted by estimating a virtual plastic region and assuming a drainage-index–based mapping technique. The stress paths and distributions of stresses and specific volume are investigated for different values of drainage index, which are also related to the penetration velocity with comparisons of experimental data and numerical results. The subsequent consolidation after penetration is thus predicted with the assumption of constant deviatoric stress during dissipation of the excess pore pressure. Both spherical and cylindrical consolidations are compared for dissipation around the cone tip and the probe shaft, respectively. The effects of overconsolidation ratio on the stress paths and the distributions of excess pore pressure and specific volume are then thoroughly investigated. The proposed solution and the findings would contribute to the interpretation of CPTu tests under a random drained condition, as well as the analysis of pile installation and the subsequent consolidation.     

车辆荷载作用下软土地基塑性变形的计算

对于低路堤公路,合理地预测车辆荷载引起的地基塑性累积变形对于低路堤公路的设计有着重要的意义。从机制上讲,可将地基的塑性应变分为塑性体积应变和塑性剪切应变。其中对于塑性体积应变,提出采用不排水条件下的残余孔压模型与一维固结理论相耦合进行计算;对于塑性剪切应变,考虑了塑性体积应变引起的土体硬化,提出了修正的塑性剪切应变计算模型。然后基于所提模型,对萧山黏土的不排水与排水条件下的动三轴试验进行模拟,初步验证了所提模型的有效性。对于实际工程问题,首先运用数值的方法求得车辆荷载在地基中引起的附加应力,然后运用所提模型计算各土层的塑性应变,再结合分层总和的方法求得地基的累积塑性变形。以日本佐贺机场1号测点为例,说明了模型在工程边值问题中的有效性。     

决定饱和岩土材料变形的有效应力及孔压系数

决定饱和岩土材料变形的有效应力 以及孔压系数B的表达式主要有2种不同的形式,为辨析其合理性,分析了不排水条件下,孔压增量和净围压增量作用下固相与骨架的体积压缩系数之间的关系,以及分别由孔压增量和净围压增量作用引起的液相、固相和骨架的体积增量,指出了 和B的两种形式的表达式在推求过程中各自存在的问题,并通过不排水和排水条件下的变形等效关系,建立了新的有效应力 和孔压系数B的表达式。