基于Casagrande法数学分析确定先期固结压力

Casagrande经验作图法是国际上通用的确定先期固结压力的方法,但其存在以下缺点：曲线绘制繁琐、若绘图比例不合适,则最小曲率半径点不易确定、人为判断误差较大。而工程中所采用的土工试验数据处理商用软件计算先期固结压力,其算法、精度分析是黑匣子,结果精度值得商榷。在总结以往研究成果基础上,结合理论研究和工程实践要求,依据《土工试验方法标准》[1],采用3次多项式和最小二乘法回归拟合压缩曲线,并考虑绘图比例影响,编写程序确定先期固结压力,最后通过具体工程土工试验数据验证了程序求解不仅能避免经验作图法的缺陷,而且结果直观清晰。     

离心模型试验模拟塑料排水板处理软土地基的方法和应用

采用大型土工离心机对某工程近海软土地基上堤坝施工期及运行期进行了模拟。试验中采用停机加载法模拟分级施工加载过程, 原型中采用塑料排水板固结法处理软土地基, 模型中则根据固结过程相似的原理, 换算成等效圆截面排水体, 在模型制作中采用等效透水滤芯进行模拟。根据激光位移传感器和孔隙水压力传感器数据可以得出相应原型软土地基的沉降特性和孔隙水压力变化情况。根据试验得到的沉降曲线, 采用"经验双曲线法"推算出了地基最终沉降, 然后得出按沉降推算的分层地基平均固结度随时间的变化。对比试验模拟得到的软土地基固结度和理论计算结果, 二者基本接近, 表明塑料排水板模拟方法用于离心模型试验是可行的。      

砂土地基和粉质黏土地基基坑悬臂开挖离心模型试验

分别开展砂土和粉质黏土两种典型土质条件下基坑悬臂式开挖离心模型试验,详细叙述试验过程中所要解决的关键问题,并提出合理的解决方案。通过对比分析两组试验结果,得到以下结论：非饱和土地基制备中参数控制困难,分层夯实法有待进一步改进,而砂雨法制备的砂土地基参数可控性更好;两组试验的结果有差异,砂土地基试验所呈现的土压力、地基变形、支护弯矩的变化规律更好,因此,岩土离心试验可适当考虑以砂土代替非饱和土;对于采用悬臂式支护结构的基坑,开挖引起的地表沉降曲线在砂土中呈指数型,而在粉质黏土中呈直线型;开挖引起的粉质黏土地基土体位移范围较砂土地基更大;开挖引起的砂土中挡墙弯矩较粉质黏土更大,砂土和粉质黏土中最大弯矩位置都随开挖逐渐下移;在砂土试验中开挖引起主动区土压力各处均减小,而在粉质黏土试验中开挖引起土压力在挡墙底有增大趋势。该基坑工程离心模型试验过程及数据处理方法可为进一步试验提供参考。     

沈阳浅层粉质黏土承载力与浅基础地基承载力

以沈阳地区28个工程场地的工程地质资料和地基基础承载力资料为依据,采用统计回归的方法,对研究区域内浅层粉质黏土物理力学参数和承载力进行研究。并基于统一强度理论对太沙基理论进行改进,在其基础上建立了沈阳地区浅基础地基承载力经验公式。结果表明:研究区域内浅层粉质黏土物理参数的变异性小、相关性显著,力学参数的变异性相对较大、相关性不显著;浅层粉质黏土地层承载力与标准贯入实验值、旁压实验值以及土工试验参数和塑性指数与静止侧压力系数呈近似线性关系,地层承载力地域性经验公式和改进的太沙基理论基础上建立的沈阳地区浅基础地基承载力经验公式与实际承载力具有较高的符合性。研究成果可为区域性地基基础可靠性设计和承载力的确定提供必要的参考价值。     

确定先期固结压力的数学模型法

地基土的先期固结压力是判断土体应力历史的一个指标。在不同应力历史状况的土体变形分析中它也是一个重要的计算参数。因此,方便、准确地确定先期固结压力就显得尤为重要。依据理论研究和试验分析,提出了一种新的确定方法：数学模型法。润扬大桥土样试验的结果证明了此法的可行性。     

固结压力相关的黏土动力特性模型研究及应用

对一种粉质黏土进行了不同固结压力下的循环单剪试验,得到了相应各固结压力下的动剪模量和阻尼比随动剪应变幅值非线性变化的 曲线和 曲线,并对其进行了归一化。试验结果表明,即使是归一化以后的动力特性曲线,仍然因固结压力不同而出现差异;固结压力越大, 曲线衰减越慢,而 曲线增加也越缓。通过建立最大动剪模量、最大阻尼比和参考剪应变与固结压力之间的试验关系式,建议了一种实用的固结压力相关的黏土动力特性模型。最后,通过算例表明,场地土体动力特性随固结压力而变化的特征不但会影响场地地震反应的幅值,而且将影响其频谱特性,且场地覆盖层厚度越大,影响越强烈。     

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。     

载体桩在陕南粉质黏土地区的适用性研究

以陕南粉质黏土地区某住宅楼施工现场为试验场地,开展了灌注桩和载体桩复合地基的现场静载试验,结合经验法理论计算,从承载力和建设成本两个方面,对比分析了两种地基基础方案的优劣。结果显示:灌注桩和载体桩复合地基荷载-沉降曲线均为缓变型,两种方案均能提供较高的抗压承载力;当载体桩桩长超过10 m,且作为复合地基增强体时,经验法计算过程未考虑桩端阻力的扩大头效益,计算结果明显低于现场试验结果;在相同桩身用料投入条件下,载体桩复合地基较灌注桩能够提供更高承载力。在陕南的类似粉质黏土地区,建议优先考虑选用载体桩复合地基方案。     

用快速固结试验测定土的先期固结压力的研究

一、前言地基土的先期固结压力P_c测定,为判明土层的应力历史、压密状态与固结程度,应用于建筑物(构筑物)地基的沉降,强度与稳定,土压力及桩的承载力等分析以及高层建筑、重型厂房和大坝地基设计依据,对此早已引起国内外岩土工程研究者和工程技术人员的重视,并进行了大量的研究。实践证明,只要保持土样结构的原状性,按常规方法可以通过室内单向慢固结试验(间隔24小时逐级加荷)的测试结果,获得符合实际的先期固结压力P_c值。本文介绍采用快速固结试验,以次固结压缩指数C_a为依据,推算次固结增量的校正方法,经对上海浅层地基软粘土和埋藏较深的暗绿色硬土层以及予设先期固结压力的人工制备土,进行了快速试验与正常慢固结试验的研究,试验结果证实使用本文提出的校正公式取得了良好的效果。这样可以缩短试验周期(正常慢固结试验以求P_c需要8～13天左右时间,而用快速固结法修正只需2天时间)提高仪器设备周转率。     

粉质黏土的真三轴试验及强度特性研究

为研究复杂应力路径下粉质黏土强度特性,利用TSW-40型土壤真三轴仪,开展了不同试验条件下粉质黏土的真三轴试验。研究了真三维应力状态下粉质黏土应力-应变曲线变化规律,探讨了含水率、固结围压和中主应力比等试验条件对粉质黏土强度的影响规律,对比分析了真三维应力状态下 平面上粉质黏土试验值与Mohr-Coulomb（简称M-C）强度准则和双剪强度准则的差异。研究结果表明：真三维应力状态下粉质黏土的广义剪应力-剪应变曲线主要表现为应变硬化型。粉质黏土强度随中主应力比和固结围压的增大而增大,随着含水率的增大而减小。 平面上粉质黏土的强度包络线随静水压力 的增大向外逐渐扩展,随含水率 的增大向内逐渐收缩。 平面上M-C强度极限线和双剪强度屈服极限线与试验值对比分析表明,M-C强度准则描述土体强度时结果偏小,采用双剪强度准则时结果偏大。     

用快剪试验推求先期固结压力

土体先期固结压力是判断土体应力历史的关键性指标。依据Wroth在一维固结条件下提出的不排水强度与超固结比（OCR）的关系式,利用快速直剪的剪切强度计算临界状态孔隙水压力系数Λ₀,从而计算出OCR以及先期固结压力。对南京某黏土的重塑饱和黏土的试验分析结果表明,快剪试验确定的超固结比与设计超固结比基本一致,因此可作为求解土体先期固结压力的一个途径。      

关于红黏土先期固结压力的探讨

土力学传统理论认为,土的先期固结压力受控于应力历史,与曾经受到的压力有关。然而,通过室内试验发现,红黏土这类区域性特殊土的先期固结压力所表现出的规律与传统理论相悖。研究表明,红黏土的先期固结压力主要受土的成因、结构和成分制约,上覆压力对其影响甚微。笔者分析了土力学传统观点在解释红黏土特性时存在的缺陷,探讨了红黏土先期固结压力的真正含义,提出了对红黏土先期固结压力的新认识。     

低能量强夯法加固粉质黏土地基试验研究

结合上海某铁路集装箱中心站地基处理工程,针对其场区上部粉质黏土、下部砂质粉土的地基条件,对低能量强夯法加固此类地基的适用性进行了现场试验研究。通过对夯击过程中超静孔隙水压力随夯击次数、深度、距离的变化规律及在不同性质土层中的增长与消散规律的研究,提出了运用试验手段确定强夯夯击次数、夯点间距、有效加固深度及两遍强夯间隔时间等施工参数的方法。同时,用静力触探试验和标准贯入试验对地基加固的效果进行了检验,结果说明低能量强夯法加固粉质黏土地基的适用性,从而进一步拓宽了低能量强夯法的应用范围。     

贵阳既有地基红黏土蠕变特性试验研究

为了准确地掌握喀斯特发育地区岩溶作用对红黏土的结构影响,以及红黏土地基的蠕变特性,以贵州铝厂既有地基红黏土为研究对象,采用分别加载法进行了室内单轴蠕变固结试验和三轴蠕变试验,建立单轴蠕变经验方程以及Singh-Mitchell模型。结果表明:贵州铝厂红黏土的单向固结有线性规律,表现在t/ε和t存在高度的线性相关性,其单向固结经验方程中的一个参数b可用于预测试样在单向固结下的最终沉降量。所建立的Singh-Mitchell三参数的蠕变模型较好表达了试验土体在25%~100%偏应力水平范围内的应力-应变-时间三者的关系特性。同时,SEM图片表明随着竖向压力不断地增大,单轴固结试验下该红黏土的孔隙面积和微观颗粒数减小,颗粒面积变大,三维孔隙率增加,说明能用孔隙变化的微观规律来反映宏观现象。      

天然沉积结构性黏土原位压缩规律及预测模型研究

通过天然沉积黏土的原状样与重塑样的压缩对比试验,揭示了屈服后土结构性的渐进性破损过程以及由常规 曲线确定的压缩指数 随固结压力呈非线性变化性状给实际工程沉降计算参数选取带来不便。采用 双对数坐标表示方法,通过不同初始结构大小的黏土试验数据证实了 压缩曲线在屈服前后段具有良好的线性关系,实现了结构屈服应力、屈服前后压缩指标有效统一确定。在该坐标体系下给出了考虑取样扰动影响的原位压缩曲线恢复方法,建立了结构性黏土的双线性压缩模型,结合文中与文献中试验数据给出了结构屈服应力与不排水强度、屈服后压缩指标与稳定指数SI和液限wL的经验关系。研究结果可为天然沉积土地基固结沉降计算参数的合理选取提供依据。     

改进Koppejan蠕变模型及其应用

将基于固结试验建立的Koppejan蠕变模型应力-应变-时间关系改进为增量形式,并泛化到三维应力空间,建立了改进的Koppejan蠕变模型。基于ABAQUS软件对改进模型进行二次开发,采用上海软黏土的长期固结试验结果对模型进行验证,结果表明,Koppejan模型能较好地描述上海软黏土的蠕变特性,且改进Koppejan模型的计算精度比经典Koppejan模型高,两种模型应用于淤泥质粉质黏土的计算效果均比粉质黏土好。将改进Koppejan蠕变本构模型应用于某高速铁路桥梁桩基长期变形的三维有限元分析,与现场实测沉降的对比表明,改进Koppejan模型能较好地应用于实际工程的长期变形计算,且计算效果较好。     

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。     

主应力轴旋转下K0固结饱和粉质黏土孔压及变形特性试验研究

主应力旋转将加速孔压和塑性应变的累积,影响土体的力学特性。为研究主应力轴循环旋转对 固结饱和粉质黏土孔压和变形的影响,利用GDS-HCA试验系统开展了不同应力路径的 固结饱和粉质黏土不排水循环三轴试验和循环扭剪试验,研究了主应力轴循环旋转对 固结饱和粉质黏土累积塑性应变、孔压等动力特性的影响。结果表明：动剪应力幅值、心形应力路径所包围的面积、循环偏应力幅值等均随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。试样未发生破坏时, 固结饱和粉质黏土的孔压比随着振动荷载作用次数的增加而增大;当试样发生破坏时,孔隙压力迅速消散,孔压比急剧下降。循环扭剪试验时试件产生的轴向累积塑性应变始终大于循环三轴试验产生的累积塑性应变,说明主应力轴循环旋转会加速试件轴向应变的累积。试件的累积塑性应变随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。循环动应力比越大时,主应力轴旋转造成的轴向累积塑性应变差异越显著。在Monismith幂次函数模型的基础上,建立了主应力轴循环旋转条件时K0固结饱和粉质黏土累积塑性应变方程,并对模型的可靠性进行了分析和验证。     

哈尔滨高等级公路路基沉降监测反分析

本文应用双曲线配合法对哈尔滨高等级公路路基实测沉降进行了分析，推算了地基的最终沉降量，并由此用太沙基方法反算出地基中粘土层的平均固结系数和渗透系数。把用本文方法推算的渗透系数应用于太沙基方法计算路基沉降，发现比选用实验室测得的渗透系数计算的结果更接近实际沉降。通过本次反分析研究得出：路基中粘性土的固结系数和渗透系数明显高于室内土工试验测得值。这给相似地基高等级公路的设计、施工提供了参考依据。     

试论连云港海相软土路堤沉降规律

根据连云港至徐州高速公路连云港段60多个断面的现场实测沉降资料,分析了在路堤荷载作用下连云港海相软土的沉降和固结规律。实测数据表明,在路堤荷载作用下连云港海相软土地基的沉降曲线符合双曲线形式,故可采用双曲线法预测最终沉降。由此可以分析在不同施工期的地基沉降和固结特性,得到不同地基处理条件下路堤填筑期和预压期地基平均固结度与施工时间的关系。分析亦表明,粉喷桩加固能加速地基的固结速率。最后,针对沉降和固结理论计算中计算参数的难以合理确定的局限性,对现场实测沉降数据采用数理统计方法,提出了适用于连云港地区海相软土路堤沉降和固结估算经验公式。