外荷载作用下软土压缩模量的动态演化规律研究

在软土地基的压缩性评价和变形计算中,压缩模量是一个重要的土性参数,目前一般是通过室内侧限压缩试验曲线得到,通常是一个常数。实际上,压缩模量在地基固结过程中会随着土体固结度的增加而逐渐增大,因此,探讨外荷载作用下软土压缩模量的变化规律显得十分必要。以珠江三角洲地区某高速公路代表性软土地基为研究对象,采集天然状态和超载预压后两种状态的淤泥质土样,分别开展不同压力条件下的室内固结试验,通过分析比较两种状态土样的试验数据,得出了两种状态下淤泥质土压缩模量随压力变化的定量关系和压缩模量随压力及时间演化的规律。在此基础上,结合天然状态和超载预压后的淤泥质土样在室内再压缩前后的微观结构图像,分析了两种状态下淤泥质土压缩模量随压力和时间演化的机理。从而为软土变形计算的参数合理取值提供了有用的参考,且对软基堆载预压过程中控制加荷速率和分级荷载的大小具有重要的现实意义。     

土体侧限压缩模量简易计算方法及其应用

地基土的模型已不下数百个,但真正能反映土体真面目的几乎没有,其原因是土体本身太复杂。要想全面地考虑土体本构关系,其模型参数将会多得难以在实践中应用。因此,从实用角度出发,应建立简单的（包括形式和参数的可得到性）、能够反映研究问题主要矛盾的模型。结合建筑工程关心的沉降问题,根据e-p曲线和e-lgp曲线的关系,建立了与土体竖向应力有关的土体侧限压缩模量的计算方法,并假定泊松比根据不同的土类,确定为不同的常量,从而,可以较为简单地计算土体的沉降及其应力,工程实例计算结果表明：该方法具有合理性。     

酸碱污染Q3黄土的一维压缩特征试验研究

随着黄土地区工业化和城镇化的不断发展,工业废水和生活污水中酸、碱以及pH值发生改变的雨水对土壤的污染问题日渐突出,地基土体受污染后在地表建筑物荷载的作用下会发生不同程度的二次沉降次生灾害。为研究酸碱污染对Q3黄土在不同压力区间内压缩指标的变化特征,对经过不同浓度污染后的土样进行标准固结试验。试验结果表明,对比孔隙水为蒸馏水的工况,酸污染土的总变形量增大,且最大压缩变形压力段下降;碱污染土的总变形量减小,且最大压缩变形压力段上升;土样经过酸污染后压缩系数增大,中压缩性变为高压缩性,但碱污染后的压缩系数却有不同程度的降低;酸污染土的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数和压缩指数等压缩指标在小于400 kPa的中、低压力区间更敏感,碱污染土在大于400 kPa的高压力区更敏感。在该基础上对侧限条件下的应力?应变关系进行分析,发现在不同污染情况下污染黄土的应力?应变曲线较好的符合Guanry关系。     

侧限压缩条件下土体的侧应力松弛试验研究

侧向应力松弛是侧限压缩土体的重要流变性质之一。通过在改装的固结仪上进行的土体侧限流变试验表明,在恒载侧限压缩条件下,土体的侧应力松弛曲线与竖向蠕变曲线同步出现不稳定、稳定、急剧变化3个阶段。将试验结果结合土的结构颗粒定向排列理论和强度理论探索了土体侧应力松弛的机制并得出结论：侧应力松弛曲线的3阶段特征是由于土体结构连接的压密恢复与剪切破坏相互作用所致;而侧应力松弛稳定的极限状态是由土的抗剪强度控制。此外,较高的应力水平将会使土体侧应力松弛程度相比低应力水平时更为显著。该分析结论为进一步研究地基长期承载力和地基沉降的关系奠定了基础。     

考虑应力历史和应力水平影响的土体压缩模量计算方法

为了考虑应力历史对地基沉降变形的影响,本文基于单对数函数,引入压缩曲线在单对数空间上曲率最小时所对应的竖向应力（简称特征应力）,建立了能够描述正常固结黏土、超固结黏土和砂土的压缩线表达式。然后,基于该表达式提出完全侧限条件下的压缩模量计算式,并分析了特征应力和压缩指数对压缩模量的影响规律。最后,通过与室内试验结果和实际工程中地基变形进行对比,验证了本文所提方法的合理性。     

上海浅部土层压缩指数与天然含水率的关系

压缩指数Cc是土体变形特征的一个重要指标,一般通过固结试验获得,需要耗费较长的时间以及大量人力物力,因此通过其他基本物理指标（天然含水率wn、初始孔隙比e0、液限wL）来推算压缩指数Cc是一个快捷有效的方法。从上海地区钻孔得到第②～⑥层土的原状土样进行固结试验,并结合多个地点的勘察报告数据,发现wn和e0具有较高的线性相关性,但wn与wL间的相关性不明显。考虑到wn相比e0更容易得到,选用wn来建立与Cc的关系式。研究认为,常用的线性关系不适用于上海黏土中含水率wn大于45%的情况,提出了指数函数式（8）。该函数还可适用于中国东部沿海其他地区的黏土。     

非饱和粉质粘土固结压缩特性及体变试验研究

为进一步研究与基质吸力相关联的非饱和土固结压缩特性,扩展非饱和土固结理论在工程实际中的适用性,通过分析非饱和粉质粘土水土特征曲线变化规律,对非饱和土固结变形机理进行研究。试验结果表明：非饱和土的最终沉降量仅与土骨架的压缩模量有关。对于不同饱和度的非饱和土而言,固结速度随初始饱和度的增加而减小,饱和土固结过程所需要的时间比非饱和土固结过程所需要的时间短。由于孔隙流体的压缩性导致高饱和土体的瞬时沉降比低饱和土体的瞬时沉降小,但高饱和土体的后期固结沉降受饱和度和吸力的影响,比低饱和土体要大得多。      

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。     

压缩模量的错误和弦线模量的改正

压缩模量(Es)计算沉降量的不确定性很大。弦线模量(Ech)不用力学试验，根据土的物理指标取值：一般粘性土用孔隙比、含水率，软土类土用孔隙比，计算结果用液限修正。Ech用的是土的常规指标，所以和E的计算可以一一对比。对比结果显示，Es和附加压力的关系是错误的，Ech改正以后，计算准确性有大幅度的提高，并解决了黄土湿陷变形的计算问题。     

重塑黏性土固有压缩特性的探讨

Burland于1990年提出重塑土的固有压缩特性,为定量评价天然沉积结构性黏性土的力学性质提供参考依据。通过对四种液限的重塑土进行大量的室内一维固结试验,重塑土样的初始含水率调整扩大为液限的0.7~2.0倍,探讨了初始含水率,液限对重塑土固有压缩特性的影响。结果表明:重塑土压缩曲线不仅与土的液限有关,还受初始含水率的影响; 在较低固结压力下,采用Burland引入的孔隙指数不能将不同初始含水率的重塑土压缩曲线归一化,但当固结压力超过约25kPa时,各种压缩曲线均可较好地归一化至重塑土的固有压缩曲线(ICL); 此外,重塑土固有压缩参数并非仅与土的液限有关,试验实测的结果显示出与Burland的固有压缩参数经验有一定的偏离,结合试验结果对其进行了修正。     

软土的含水率与界限含水量意义的讨论

鉴于软土的含水率、塑限、液限等工程性质指标的理论定义和试验测试结果不完全吻合,同时考虑到软土中不同形式的水对软土工程性质的不同影响和实际工程中应用习惯,建议废弃软土含水率的理论定义,而将软土含水率定义为软土中除强结合水外其它水的质量与土的固体颗粒质量之比,这里软土固体颗粒中粘粒定义为粘土矿物聚集体与其表层强结合水的组合体,这样使软土含水率理论定义与试验测试的结果相统一。软土的塑限（wP）、液限（wL）以及由此而派生的塑性指数（IP）和液性指数（IL）都是通过重塑土的测试获得的,未考虑软土天然结构对这些指标数值的影响,建议通过对软土结构研究,能提出一个结构影响系数,进而修正试验获得的数据,使这些指标更接近天然软土的实际。同时根据粘粒与水相互作用的特点和软土中各种形态水对软土状态和变形机制的影响,把塑限和液限的含义予以修正,塑限是软土中弱结合水的最小含量,而液限是弱结合水最大含量并有一定数量自由水。     

压实黄土非线性压缩应力-应变关系在地基沉降计算中的应用

目前以压缩试验得到的e-p曲线为基础的分层总和法仍然是地基沉降分析中最常用的方法。割线模量法是近年来为人们所熟知的计算地基沉降的新方法,具有不受初始孔隙比影响、便于电算等优点。传统的割线模量法将土体的压缩应力-应变关系视为双曲线形式。通过对压实黄土压缩应力-应变关系曲线的研究和对传统割线模量法计算的割线模量与压缩模量的比较表明,导致割线模量法和e-p曲线法计算结果差异的主要原因是土体压缩应力-应变关系符合双曲线的假定,将压实黄土的应力-应变关系用更符合实际情况的幂函数进行拟合,得到了基于幂函数形式的压缩应力-应变关系曲线的沉降量计算公式,并结合具体工程进行了沉降计算对比分析,将割线模量法进行了推广应用。     

考虑压缩模量深度效应的深厚软土桩基沉降计算

对于深厚软土桥梁桩基础的沉降计算,土层的压缩模量是一个极为重要的参数。针对京沪高速铁路桥梁桩基沉降,以DK152工点处的土工试验数据和现场测试成果为基础,通过拟合分析得到与土层深度有关的天然状态下压缩模量计算公式。在该基础上,进一步运用神经网络建立土层压缩模量与桩基沉降之间的映射关系,对不同土层在不同深度的压缩模量进行反演分析,相关反演结果与经验公式计算值基本一致,得到的桩基沉降量与现场监测位移吻合良好,说明文中提出的压缩模量计算公式的准确性和实用性,相关模型概化和反演计算方法也是合理的,对深厚软土地基下高速铁路桥梁深长桩基的沉降计算有一定的参考价值。     

上海黏土压缩指数和回弹指数经验关系

压缩指数Cc和回弹指数Cs是土力学中表征土体变形特性的两个重要参数指标,可通过室内一维固结试验获得。但是试验过程耗时长,因此,很多学者提出了压缩指数Cc与物理指标（尤其是液限wL、天然含水率wn、初始孔隙比e0和塑性指数Ip）的经验关系。通过对比国内外压缩指数经验关系,发现压缩指数与天然含水率和孔隙比关系离散性较小,分别给出了一个统一的经验关系。采用薄壁取土器从上海某一场地取得第②～⑥层土的原状土样进行固结试验,并搜集整理分析已有文献中的试验数据和上海69个场地的岩土勘察数据,给出了上海典型土层压缩指数Cc与wL、wn、e0、Ip的经验关系。同时发现,Cc/n0与Cc以及Cs/n0与Cs（n0为初始孔隙率）之间具有高度的线性关系,从而给出了基于初始孔隙率n0预测上海黏土压缩指数Cc和回弹指数Cs的经验关系。分析了压缩指数和回弹指数的关系,结果表明,上海正常固结黏土Cc/Cs分布在4.8～6.9之间,平均值约为5.8;超固结黏土Cc/Cs分布在3.3～5.2之间,平均值约为4.3。     

冻融循环对不同塑性指数路基土弹性模量的影响研究

在季节性冻土区,不同状态（塑性指数,围压等）路基土在通车运营期间经历冻融循环后,其物理力学性质会发生变化,但目前针对冻融循环对其的影响研究还不够广泛和深入,不能给季冻区路基设计提供准确的数据支持,故路基设计时并未将这种变化考虑其中,只取设计前期所采土样的试验值。取季节性冻土区3种不同塑性指数路基土,在室内采用最佳含水率制备成最大压实度试样,在封闭条件下经历0～7次完整冻融循环过程后,进行不同围压下的三轴压缩试验,在偏应力-应变曲线中通过直线段应力-应变关系得到弹性模量数据,结果表明,同种土相同冻融循环次数下,弹性模量随围压增加而增加;相同围压下弹性模量随冻融循环次数基本呈下降趋势。采用指数函数对所有弹性模量数据进行多元非线性拟合,建立不同塑性路基土弹性模量与围压及冻融循环次数的关系,拟合效果理想,可为缺乏相关资料的季冻区路基设计提供参考。     

结构性土压缩曲线的数学模拟

在总结结构性土压缩特点的基础上,以岩土破损力学理论中的弹塑性元（软弱带）为参照状态,通过引入一个可以表征土体结构影响的结构状态参数 ,建立了结构性土压缩曲线的数学表达式。通过结构性土的单轴压缩试验和等向压缩试验,验证了建议的模型可以较好地模拟结构性土的压缩变形特性。由于建议的表达式可以反映结构性土的压缩曲线在 - 坐标中的非线性,对于结构性土的沉降计算有一定的理论意义。