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。     

软黏土蠕变试验及其经验模型研究

针对湖南竹城公路路基软土开展了系统的三轴固结不排水蠕变试验,得到不同围压、不同应力加载等级下的全过程蠕变曲线。进而通过“陈氏加载法”得到分别加载下蠕变曲线和应力-应变等时曲线。以围压100 kPa为例,得出应力-应变关系采用幂函数,而应变-时间关系采用双曲线关系的蠕变方程。对比分析表明,该蠕变方程较Singh-Mitchell模型、Mesri模型更适应试验数据,能够更好地反映和预测该软土的蠕变特性。     

真空和堆载两种预压法的室内试验研究

通过室内试验模拟真空预压法和堆载预压法加固不同深度的土体,对两种预压法下土体前后的物理力学性质指标、土体的沉降量、排水量等进行了分析,认为两种方法均能使土体的物理力学性质改善,就渗透性而言,真空预压优于堆载预压,但就压缩性而言,堆载预压优于真空预压;堆载预压下试样的轴向位移远大于真空预压下的轴向位移,且比真空预压下的沉降收敛慢;真空预压下的排水量大约是堆载预压下排水量的1.8倍;在真空预压和堆载预压下,浅层土体的排水量均大于深层土体的排水量。     

湖泊相软土真空堆载联合预压法的离心机试验研究

依托高速公路试验段真空堆载联合预压加固软土路基的现场试验,根据实际路基情况建立离心模型,对真空堆载联合预压加固湖泊相软土地基进行离心机试验,分析了在真空预压和堆载预压联合作用下软土路基的沉降规律,并将试验结果与现场监测结果进行对比,研究了两者沉降的关系。通过对比分析可知,采用真空堆载联合预压加固湖泊相软土路基,地基土在工期内的沉降占总沉降87%以上,加固效果明显;用该方法加固后软基的工后沉降发展缓慢,两年内工后沉降最多为2.5 cm,路堤断面沉降差不超过5 mm,不会影响公路正常使用;试验结果与现场实测值沉降趋势基本相同,但由于现场试验条件及离心试验误差影响,导致两者沉降值存在差异。     

真空-堆载联合预压法应用试验研究

对杭金衢高速公路真空-堆载联合预压工程,进行了现场试验和资料分析研究。研究表明真空预压能使地基产生较大的沉降速率,同时产生向内的水平位移,从而使真空一堆载联合预压比超载预压具有更强的抗失稳能力,侧向位移量和位移速率与荷载大小有明显的相关性。真空预压的加固深度主要是竖向排水体范围内,而真空-堆载联合预压法的加固深度则可根据堆载的附加应力比来确定。     

真空预压加固软土地基变形与固结计算研究

考虑真空度的衰减情况,对真空预压加固软基的变形和固结度计算方法进行了研究。先根据真空预压时砂井的真空压力状态建立了真空预压的空间轴对称变形模型,用位移法推导该模型在等应变条件下的变形及体积应变计算公式。在此基础之上结合Hansbo砂井地基固结理论和真空预压的边界条件,推导了忽略竖向渗流情况下的真空预压加固软土地基的固结解析解。比较文中计算方法与已有计算理论和现场试验实测资料结果表明,体积应变的计算对真空预压的孔压和固结度的计算有较大的影响,而直接引用传统堆载预压的体积应变计算公式计算会导致较大误差。在固结度计算中,采用Hansbo的近似方法能满足计算精度的要求,所得计算结果与实测结果吻合较好     

洞庭湖砂纹淤泥质土一维固结蠕变模型研究

利用一维固结蠕变试验研究洞庭湖砂纹淤泥质土的蠕变特征,建立了适用于描述洞庭湖砂纹淤泥质土应力-应变-时间关系的经验蠕变模型。研究结果表明,轴向应变 与时间t在双对数坐标系中呈良好的线性递增关系。随着固结应力的增加, - 关系曲线的斜率显著减小,且相邻两级荷载作用下 - 关系曲线的间距逐渐变短。在高应力水平下, - 关系曲线趋于水平,同时曲线斜率减小的速率明显降低。双曲线函数比指数函数更为适合描述洞庭湖砂纹淤泥质土的应变-应力关系,将Singh-Mitchell模型中的应变-应力关系修正为双曲线型比较符合工程实际。发现 - 关系曲线的斜率与固结应力呈双曲线函数关系。在此基础上,建立了反映应力水平影响、适用于描述洞庭湖砂纹淤泥质土蠕变特性的5参数修正Singh-Mitchell模型。     

软土蠕变固结特性研究

通过大量对比试验系统研究了广东典型软土的蠕变固结特性和计算模型。试验结果表明：软土的固结和次固结在变形中所占比例和发生受多种因素影响,包括初始荷载、加荷比、土体固结度、含水率、孔隙比;次固结系数与土体的应力历史、当前固结状态及加荷比有关,在预压荷载下会明显减小;次固结系数与压缩指数之比一般为常数,其值在0.025?0.10之间;剪切蠕变特性与土体所承受的固结压力有关,土样蠕变规律呈应变硬化特征;三轴蠕变特性与排水条件关系密切,固结作用可以削弱蠕变效应;同等加荷条件下,偏应力-轴向应变关系在排水剪切中呈线性关系。而在不排水剪切中呈非线性,并有明显的屈服特征;不排水剪切条件下持续加荷的加荷方式可以适当提高不排水强度。根据上述试验成果分别从考虑非线性本构关系和考虑排水条件分析了蠕变固结模型的建立路径。     

舟山国家石油储备基地堆载预压加固效果分析

介绍了舟山国家石油储备基地试验区软基堆载预压大型现场试验结果,根据现场试验测得的数据,分析了软土地基堆载预压下沉降变化规律、分层沉降变化规律、深层土体位移变化规律、超静孔隙水压力变化规律,进一步探讨了根据应力和应变分析得到的地基固结性状,其中通过应变分析得到适用于储备基地的沉降经验系数m。结果表明,打设塑料排水板结合堆载预压处理软弱地基具有良好的效果。     

竖井地基的大应变固结分析

简单介绍了真空-堆载联合预压下饱和软土竖井地基大变形固结沉降模型（VRCS1模型）,该模型能考虑大应变、材料非线性、非达西流、真空折损和竖井未打穿等因素。使用该模型对澳大利亚巴利纳支路某现场沉降进行预测,结果与现场实测数据吻合良好。基于该工程案例,讨论了分级堆载、循环荷载、真空联合堆载、上边界为等应力/等应变条件以及排水板打入深度等因素对竖井地基固结过程的影响规律。计算结果表明：分级堆载可降低土体超静孔压峰值进而改善土体稳定性;循环荷载使土体固结过程发生震荡,且土体沉降峰值迟于超静孔压峰值和荷载峰值出现;真空荷载和堆载作用机制有本质区别,真空荷载不可简单以堆载替代;上边界等应变条件下的固结速率一般快于等应力条件,工程真实条件一般介于两者之间;排水板打入深度超过0.9倍土层厚度时,再加大打入深度加速固结效果不明显。     

高温冻土松弛特性试验研究

为深入认识高温冻土的松弛规律,查明预应变对松弛过程的影响,开展了一系列室内高温冻土松弛试验。研究发现,预应变过程明显影响了高温冻土的松弛过程,表现为预应变量增大,瞬时松弛量相应提高,松弛稳定历时延长;对于恒应变速率加载而言,恒应变速率增大延长了松弛稳定历时,并提高了高温冻土的松弛速率;对于恒应力率加载过程而言,恒应力率增大,松弛稳定历时延长,松弛速率也随之提高。偏应力与时间对数的关系具有明显的非线性特征,不能简单描述为单一直线,采用双曲线型关系描述其关系时效果很好,根据双曲线型获得了一种经验型的流变关系,并对该流变关系的可靠性进行了验证。     

A Laboratory Experimental Study of the Hydromechanical Behavior of Boom Clay

This paper reports some results of a large experimental program on Boom Clay conducted in Grenoble in the framework of the European project SELFRAC. The program included isotropic compression up to relatively high stress, drained triaxial compression tests at different cell pressures, as well as permeability measurements under isotropic and deviatoric stress. Local measurement of axial and radial displacements allowed the detection of strain localization during deviatoric loading. The permeability of Boom Clay is found to depend on the mean effective stress. The response of Boom Clay during deviatoric loading appears to be strongly affected by the swelling experienced during the isotropic stage preceding triaxial compression. The rate of swelling decreases with isotropic stress. The longer the swelling before shear, more the response under shear becomes ductile and the lower the initial stiffness. Permeability depends on the mean effective stress and it is found to decrease of about two orders of magnitude when the mean stress increases from 1 to 32 MPa. Permeability during shear loading is essentially constant and does not seem to be affected by strain localization. These results are complemented by a few observations obtained using X-ray microtomography in the framework of the more recent European project TIMODAZ. These findings illustrate the impact of pre-existing inclusions and fissures on specimen deformation upon deviatoric loading in the laboratory.     

偏应力比和应力主轴偏转角同时变化下饱和砂土变形特性研究

利用空心圆柱扭剪仪对饱和砂土进行了应力主轴固定和偏应力比增大（即定向剪切）、偏应力比不变和应力主轴单调旋转（即纯应力主轴单调旋转）、偏应力比和应力主轴偏转角同时增加、偏应力比和应力主轴偏转角分段增加4个系列的排水剪切试验,着重分析不同应力路径下饱和砂土的变形特性及主应力和主应变增量方向变化规律。试验结果表明,纯应力主轴单调旋转下,主应力增量方向在45°～135°范围内变化,主应变增量方向逐渐偏向主应力方向;偏应力比和应力主轴偏转角同时增加下,砂土变形不断增大,当主应力增量方向 45°时,主应变增量方向与主应力增量方向基本一致,但当 45°时,主应变增量方向逐渐偏离主应力增量方向。当应力状态在偏应力比 0.75、应力主轴偏转角 45°范围内时,体应变、最大剪应变与应力路径无关,且后期纯应力主轴旋转下砂土变形不受前期加载历史的影响。     

德州松软土蠕变特性及其模型研究

利用TSS10型三轴流变试验机对德州松软土开展不同围压下的三轴固结不排水蠕变试验,获得变形、应变率与应力和时间的变化关系,分析蠕变性状和特征,建立其分数阶类Maxwell蠕变模型。结果表明:德州松软土具有明显非线性蠕变特性,高应力水平的蠕变变形大于低应力下的蠕变变形;介绍分数阶蠕变模型原理,引用了分数阶类Maxwell蠕变模型,并求取德州松软土的类Maxwell蠕变模型参数和验证其描述德州松软土蠕变变形的适宜性。     

砂土的物态本构模型

基于砂土的压缩回胀性、剪切非线性及剪缩剪胀性的系统分析和包括循环荷载、主应力轴旋转及应力路径偏转等复杂应力条件下的复杂变形反应,得到了三类应力-应变基本关系。在剪缩剪胀应力-应变关系中,引入了由偏应变分量确定的应变路径长度变量,揭示了应力主轴旋转、应力路径偏转引起的剪缩剪胀性。将这些基本关系与循环荷载下砂土的物态变化相联系,建立了砂土的物态动本构关系。     

Experimental analysis of kaolinite particle orientation during triaxial path

The goal of this study was to analyze the relation between the behaviour of a clayey material at the macroscopic scale and its microfabric evolution. This may lead to a better understanding of macroscopic strain mechanisms especially the contractancy and dilatancy phenomena. The approach proposed in this paper is based on the study of clay particles orientation by SEM picture analysis after different phases of triaxial loading. In the initial state of the samples (one‐dimensional compression), the SEM observations highlight a microstructural anisotropy with a preferential orientation of the particles normal to the loading direction. During isotropic loading, densification of the clayey matrix occurs related to a random orientation of particles indicated by the term ‘depolarization’. In the earlier stages of constant σ₃ drained triaxial path on slightly overconsolidated specimens, the microstructural depolarization seems to persist inside a macroscopic domain, in which only the volumetric strains due to the isotropic part of the stress tensor evolve. Then, a rotation mechanism of the particles towards preferred directions seems to be activated. The phenomenon appears directly linked to the evolution of the deviatoric part of the stress tensor. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

冻结粘性土的变形分析

通过三轴压缩试验条件下冻结粘性土变形分析,发现冻结粘性土的体应变明显不为零,随荷载的变化而变化。加荷初期试样体积收缩。但随着荷载的进一步增大而变为膨胀;轴向应变则随偏应力的增大而磁大,表现出明显的粘塑性特征。应力－应变曲线上的准弹性段、屈服处和粘塑性段刚好分别对应体变曲线上的体缩段、体缩量大处和膨胀段。根据冻结粘性土变形曲线。给出了考虑体变形的应力－应变关系。     

考虑循环软化特性的饱和软土弹塑性本构关系研究

将软化指数关系与非等向硬化模量场理论相结合,研究了可描述循环荷载作用下饱和软土软化特性的增量弹塑性模型。该模型借助硬化模量的插值和映射中心的移动,在偏应力空间中构造硬化模量的演化规则;通过在弹塑性模量插值函数中引入初始弹塑性模量软化系数,模拟循环荷载作用下软土的刚度软化特性;通过引入硬化模量调整系数,增强循环加载时应力-应变曲线的滞回特性;再通过引入反映应变累积速率和大小的模型参数,描述循环加载时软土的应变累积特性。利用Idriss提出的指数关系式近似拟合软化系数随应力循环次数的变化关系,并通过引入循环应力参数建立了循环软化系数与静应力水平和循环应力水平的关系。阐述了确定模型参数的方法,并利用模型预测了相关试验结果,通过预测结果与试验结果的对比,验证了该模型描述循环荷载作用下软土软化特性的可行性。     

Cyclic degradation and non-coaxiality of soft clay subjected to pure rotation of principal stress directions

Foundation soils are often under non-proportional cyclic loadings. The deformation behaviour and the mechanism of non-coaxiality under continuous pure principal stress rotation for clays are not clearly investigated up to now. In order to study the effect of pure principal stress rotation, a series of cyclic undrained tests on Shanghai soft clay subjected to cyclic rotation of principal stress directions keeping the deviatoric stress constant under the pure rotation condition were conducted using hollow cylinder apparatus. Based on this, the evolutions of excess pore pressure and strains during cyclic loading were investigated, together with the effects of the intermediate principal stress parameter and the deviatoric stress level on stress–strain stiffness and non-coaxiality. The result can provide an experimental basis for constitutive modelling of clays describing the behaviour under non-proportional loadings.     

k0固结条件下淤泥土排水蠕变特性研究

利用室内试验研究土体蠕变特性时,因受试验条件限制较少开展土体的排水蠕变特性试验研究。对于先还原土体的先期固结条件,然后再开展土体的三轴排水蠕变特性试验的研究更少。为此,以淤泥土为研究对象,通过 固结三轴排水蠕变试验探讨了饱和淤泥土在轴向加载和侧向减载条件下的排水蠕变特性。由试验数据可知：排水条件下,两种应力路径的轴向蠕变规律基本一致,体积应变明显小于轴向应变,且随时间的延长呈现一定程度的剪缩与剪胀交替性。首次利用三单元力学模型推测出淤泥土的蠕变起始时间为施加偏应力荷载后的100～200 min之间。提出淤泥土蠕变系数的概念并总结其变化规律,得知淤泥土的蠕变系数与偏应力水平密切相关,即不论围压及加载方式如何,蠕变系数均随应力水平增大而增大,且基本呈直线关系,而与前期固结围压大小、蠕变荷载施加方式关系不大。最后提出了淤泥土蠕变本构模型建立的思路,即用南水双屈服面模型描述瞬时变形量和用蠕变经验公式描述蠕变变形量相结合的方式来建立蠕变本构模型。