压实黄土地基载荷浸水模型试验及湿陷变形计算方法研究

为研究压实黄土地基湿陷变形规律和已有湿陷变形计算方法的可靠性,开展室内杨凌压实黄土地基载荷浸水模型试验,应用一维湿陷系数法、弦线模量法和切线模量法三种方法计算其湿陷变形量,并与实测结果进行对比。实验结果表明压实黄土地基浸水后,湿陷变形很快发生,随后湿陷变形量随时间几乎不再增加,湿陷变形集中在附加应力作用的地基上部土层。三种方法计算的湿陷变形结果表明：荷载板受荷较小时,不考虑侧向挤出和考虑侧向挤出修正系数的一维湿陷系数法所得湿陷变形量分别接近和大于实际变形量;受荷较大时,不考虑侧向挤出和考虑侧向挤出修正系数的一维湿陷系数法所得湿陷变形量均远小于实际变形量。基于原位载荷试验获得的弦线模量不适用于重塑压实黄土地基湿陷变形量计算。切线模量法由于未能较好考虑初始屈服面的弹性变形,计算所得湿陷变形量大于实际变形量。     

考虑结构性和主应力轴偏转的黄土填料挡土墙地震被动土压力研究

针对黄土地区现有的地震荷载作用下挡土墙土压力计算方法中的不足,进行了4个含水量和3个围压的平面应变试验,首次建立了平面应变强度参数与结构性的关系,扩展了被动状态下考虑应力主轴偏转的粘性土侧土压力系数计算公式,采用水平微分层分析方法,提出了一种地震作用下同时考虑黄土结构性和主应力轴偏转的挡土墙被动土压力计算方法。参数分析结果表明平面应变条件下地震被动土压力均大于三轴条件下,结构性土地震被动土压力大于无结构性土,墙土面有摩擦时地震被动土压力大于墙土面光滑时;地震被动土压力随水平和竖向地震加速度系数的增大而减小、随摩擦角、均布荷载、墙土摩擦角、粘聚力、构度指标的增大而增大。黄土地区地震被动土压力计算应综合考虑平面应变强度参数、结构性和墙土摩擦效应的影响。     

黄土的动力损伤耗能机制和变形特性的研究

为探明动荷加载过程中黄土结构损伤的耗能机制及其对变形特性的影响规律,针对原状Q3黄土,开展了一系列固结比=1.5、含水量=15%、18%、21%、24%和围压=50、100、200、300 k Pa试验条件下等幅循环加载的动三轴试验。通过引入能量耗散比定义的损伤变量,研究了结构性土动力损伤的耗能机制,分析了结构性黄土动力损伤对动模量、阻尼比和动残余变形模量的影响变化规律。研究表明:初始结构性和应力状态相同的同一种结构性土的动力损伤的破坏耗能与动荷载无关;不同固结应力水平下,动模量和阻尼比随结构损伤累积呈现出不同的变化规律,但最终都会趋于土破坏状态的某一稳定值;动残余变形模量随结构损伤累积呈单调递减关系,低围压条件下的递减幅度逐渐趋缓,高围压条件下则全程较缓;动残余变形模量与损伤变量之间的变化关系可用二次函数拟合,拟合结果与实验结果具有很好的一致性。     

黄土动力特性参数的相关性分析

阐述了黄土的动强度与液化、震陷性与动变形、动应力与动应变关系等基本动力学特性及其影响因素。基于黄土地区部分黄土动力学性质的试验结果,运用最小二乘法原理进行了相关性分析,揭示了黄土的动力学参数指标(骨干曲线初始切线模量,骨干曲线渐进线截距,最大动阻尼比)和湿陷性指标(湿陷系数)与黄土的物性指标(塑性指数、孔隙比、含水量)和固结围压之间的相关关系,建立了黄土动力学参数与物理力学指标之间线性关系的系数,为黄土工程的动力反应与稳定性分析提供了研究基础。     

动荷载作用下粉煤灰改性黄土的震陷特性

针对黄土地区实现工程施工材料本土化和科学利用粉煤灰问题,对不同配比条件下粉煤灰改性黄土进行重塑非饱和试件的动三轴震陷试验,研究其在动荷载作用下的震陷特性,分析粉煤灰掺入量对动变形模量和动残余应变的影响变化规律。研究结果表明:粉煤灰掺入量对黄土震陷性质的影响较大。相同固结应力水平下,动变形模量和动残余应变随粉煤灰掺入量呈现出不同的变化规律,随着粉煤灰掺入量的增加,黄土动变形模量也随之增大,残余应变则减小。动变形模量与动残余应变之间的变化趋势满足幂函数关系;黄土掺加约20%粉煤灰改性后就能够有良好的抗震陷性能。研究成果可为黄土地区地基的抗震防震设计提供借鉴依据,具有重要的工程实用价值。     

海相结构性软黏土地基的沉降特性研究

通过室内试验获得了海相结构性软黏土的初始屈服面;考虑不同埋深处地基土的初始结构屈服面之间的相似性规律,应用结构性本构模型,结合工程实测数据,对海相软黏土地基土体屈服与地基沉降之间的关系进行了研究。结果表明,结构性本构模型能够较好地模拟海相结构性软黏土地基的沉降变形;结构性土地基的土体屈服是由浅及深逐步发展的,虽然存在低荷载时沉降小、高荷载时沉降大且呈非线性增大的现象,但这是渐变的过程,沉降量—时间—填土高度曲线上不能确定显著的转折点,通过观察沉降曲线的转折点来确定临界填土高度的方法将难以实现。     

黄土动残余变形的特性与机理研究

黄土震陷是常见的地震灾害。历史地震中,黄土震陷常有发生并导致地基沉降、诱发滑坡并造成生命财产损失。通过室内试验研究黄土动荷载残余变形,分析不同因素对黄土震陷的影响,揭示黄土震陷的发生机理,这对于准确评价黄土场地震陷性,     

泥炭质土地基流变非线性沉降计算

泥炭质土是一种特殊的区域性软土,其上建构筑物易产生较大工后沉降,对建构筑安全影响很大。将其沉降分为三个部分:侧向变形引起的沉降、侧限条件下产生的沉降及次固结沉降,根据邓肯\|张本构模型建立压缩模量与割线模量间关系,结合广义胡克定律推导式,计算得到侧向变形产生的沉降。分别利用e-p、e-lgp及e-lnp曲线计算土压缩模量,用分层总合法计算侧限条件下的沉降。对泥炭质土进行高压固结蠕变试验,通过邓肯-张模型概念得到割线模量,并对原始五元件流变模型进行非线性改进,再引入修正系数φ_s对原始五元件流变模型及非线性模型进行修正;用修正后的两模型对蠕变试验曲线进行拟合,发现修正原始模型拟合效果极差,修正非线性模型拟合的相关系数都大于0.9,并得到适合描述泥炭质土蠕变的本构方程;最后采用修正后的两模型,结合分层总和法计算次固结沉降。研究结果表明泥炭质土最终沉降计算结果与实际调查结果吻合,验证了计算结果的合理性,也为泥炭质土的沉降计算提供了计算理论及能反映其蠕变特性的本构模型。     

近岸水平场地液化侧向大变形机理及软化模量分析方法

本文依据震害现象和实验探讨近岸水平场地地面液化侧向大变形机理，改进现有软化模量分析技术，给出一套地面液化侧向大变形的分析方法。近岸水平场地侧向大变形机理因地基中孔隙水压力升高、土体模量衰减、土骨架变软使偏应变得到充分发展所致，其水平永久侧移可用从底部到顶部呈增加形式的整体变形描述。利用本文方法，对1995年阪神地震中近岸沉箱岸壁和土体液化侧向大变形进行了数值模拟，结果与震后实测结果和试验结果在主要特征上一致，说明改进的软化模量法可以用于地面液化侧向大变形的分析。     

路堤荷载下水泥土桩复合地基沉降理论计算

基于路堤荷载下桩土非等应变条件和考虑了桩土相互作用、桩间土竖向与径向位移、桩土侧面产生相对滑移以及桩侧产生负摩阻力等特点的复合地基桩间土竖向变形模式,推导了水泥土桩复合地基桩间土沉降的理论计算公式,并以桩土单元体范围内的桩间土平均沉降值作为复合地基沉降,进一步推导了水泥土桩复合地基总沉降量、下卧层压缩变形量的理论计算表达式（两者之差即为加固区压缩变形量）。理论分析表明,复合地基加固区压缩量小于同深度天然地基压缩量,复合地基下卧层压缩量小于天然地基下卧层压缩量,复合地基总沉降量小于天然地基总沉降量。同时,理论计算结果与有限元计算结果以及现场实测结果三者比较一致。     

加筋黄土的动力特性研究

以西安市临潼区骊山山前断裂带区域为研究背景,对区域内黄土进行纤维加筋处理。基于正交试验方法设计试验方案,开展加筋土动三轴试验,探讨纤维加筋黄土的动弹性模量差异性,对比分析动弹性模量的影响因素。对正交试验数据结果进行极差分析得出,纤维长度、纤维含量和土体饱和度是影响纤维加筋黄土动弹性模量的三大因素,且三者对其的影响大小顺序为土体饱和度,纤维长度,纤维含量;方差分析得出土体饱和度对玻璃纤维和聚丙烯纤维加筋黄土的显著水平分别是0.035、0.058,土体饱和度对纤维加筋黄土的动弹性模量影响显著,玻璃纤维加筋土和聚丙烯纤维加筋土的优水平均为0.6%的纤维含量、50%土体饱和度、12 mm的纤维长度。研究结果表明,玻璃纤维加筋黄土和聚丙烯纤维加筋黄土的动弹性模量约为无纤维黄土的1.5倍。纤维长度对加筋土动弹性模量的影响呈正相关。玻璃纤维加筋土和聚丙烯纤维加筋土的动弹性模量随纤维含量的变化趋势几乎一致,为先增长后降低。黄土进行纤维加筋处理有助于提升断裂带区域黄土强度,保障断裂带区域工程基础安全建设和运行。     

Experimental study on the dynamic modulus of compacted loess under bidirectional dynamic load

The dynamic characteristics of compacted loess are of great significance to the seismic construction of the Loess Plateau area in Northwest China, where earthquakes frequently occur. To study the change in the dynamic modulus of the foundation soil under the combined action of vertical and horizontal earthquakes, a hollow cylindrical torsion shear instrument capable of vibrating in four directions was used to perform two-way coupling of compression and torsion of Xi'an compacted loess under different dry density and deviator stress ratios. The results show that increasing the dry density can improve the initial dynamic compression modulus and initial dynamic shear modulus of compacted loess. With an increase in the deviator stress ratio, the initial dynamic compression modulus increases, to a certain extent, but the initial dynamic shear modulus decreases slightly. The dynamic modulus gradually decreases with the development of dynamic strain and tends to be stable, and the dynamic modulus that reaches the same strain increases with an increasing dry density. At the initial stage of dynamic loading, the attenuation of the dynamic shear modulus with the strain development is faster than that of the dynamic compression modulus. Compared with previous research results, it is determined that the dynamic modulus of loess under bidirectional dynamic loading is lower and the attenuation rate is faster than that under single-direction dynamic loading. The deviator stress ratio has a more obvious effect on the dynamic compression modulus. The increase in the deviator stress ratio can increase the dynamic compression modulus, to a certain extent. However, the deviator stress ratio has almost no effect on the dynamic shear modulus, and can therefore be ignored.     

A field testing study on negative skin friction along piles induced by seismic subsidence of loess

At present piles foundation is widely used in the earthquake-prone loess area of China. Unfortunately, negative skin friction (NSF) along piles induced by an abrupt settlement of loess under strong earthquakes, so called seismic subsidence, has not been taken into account in design of piles foundation due to the lack of NSF data from field test. In order to investigate NSF along piles caused by seismic subsidence of loess and develop a method to estimate this earthquake-induced NSF, the authors perform a field test at a loess site by means of a series of explosions, i.e. a short delay blasting, in which two reinforced concrete piles was grouted. The expected ground motion generated by the short delay blasting is strong enough to induce an obvious seismic subsidence in the loess site. There are 40 stress gages to be averagely disposed into the two piles with a certain interval to collect the data of NSF during this field test. Meanwhile, ground motion and seismic subsidence of loess were, respectively, observed by accelerographes and a level gauge. The obtained data particularly disclose the developing characteristics and magnitude of loess seismic subsidence and NSF at the condition of strong ground motion. The loess seismic subsidence and NSF both have a rapid development in the explosion process and then keep a slower increase for some days after the blasting. At the end of observation, the maximum seismic subsidence of loess in the field reaches 33 mm; the average NSF along piles attains to 54 kPa, which is much greater than previous cases of NSF caused by collapse of loess. This field test shows the NSF along piles induced by seismic subsidence of loess is significant and should not be ignored in design of piles foundation in seismic loess regions.     

大厚度黄土地区单击夯击能影响强夯加固效果的试验研究

针对黄土丘陵地区高填方下大厚度黄土地基强夯加固参数及效果开展了系列试验研究,分析了强夯前、后各试验区平均夯沉量和土体主要物理力学指标的变化规律,并给出6 000、8 000、10 000、12 000 kN·m能级条件下强夯加固的夯点中心距、击数、有效加固深度等主要参数,在此基础上确定了强夯有效加固深度的估算方法。试验结果表明,加固后黄土的孔隙比、干密度和湿陷系数可作为强夯加固效果的评价指标;强夯处理后地基土的物理力学指标在满足设计要求时其下限深度即为有效处理深度;在湿陷性大厚度黄土地区,以夯点土和夯间土湿陷性均消除的地基土下限深度可作为有效处理深度。     

湿陷性黄土层桩基侧摩阻力的试验研究

本文依托西安市东北二环立交工程实际,通过现场黄土层浸水试验以及桩基静载试验,研究在湿陷性黄土层中桩基侧摩阻力和桩端阻力的发挥情况、桩基负摩阻力取值问题及桩周土的沉降变化情况,并分析了其实验结果。在总结国内工程界多次试验结果的基础上,给出了湿陷性黄土层负摩阻取值的科学合理方法及应考虑的因素,并分析了影响负摩阻大小取值的因素和引起桩周土沉降差异的因素。研究结果表明：①本工程桩基提供负摩阻力段控制在3～9 m之间,取值建议为-2.0～-5.0 kPa;②桩基上的负摩阻值与特定桩长和地质环境有关,同时与湿陷下沉量及土的粘聚力大小也有关系。从而建议在西安平原地区,黄土层较小时（桩长20 m以上,湿陷层5 m以内）,可不考虑湿陷性对桩基承栽力的影响。本次试验为未来工程实践中湿陷性黄土层的沉降的研究及桩基负摩阻力的取值提供了参考依据和工程实践经验。     

振冲挤密加固深厚吹填珊瑚礁砂地基试验研究

针对沙特吉赞新建的围海造陆货物堆场的地基处理,基于珊瑚礁砂的疏浚工程特性,开展了用两种振冲挤密法加固该处不良级配疏松礁砂地基的有效性及确定其相应工艺参数的现场试验。先完成选定小区试验,后由SPT检验其效果,再分析确定最优振冲工艺并指导了大面积工程施工。通过比对场区地基加固前、后的CPT检测结果,用Iwasaki液化指数法对振后地基做进一步液化判断,同时采用极限法(基于CPT)和施莫法(基于SPT)对加固地基进行了沉降分析并对比两种计算结果,验证本试验研究所确定的加填料振冲方案与施工工艺合理性,加固后地基的承载及抗液化能力得到有效提高且完全能满足工后沉降控制要求。研究成果可供珊瑚礁海域的类似工程参考或借鉴。     

基于正交设计的红层软岩改良土压缩模量试验研究

西部地区大型基础性工程项目日益增多,为处理工程开挖出的大量土方,减少工程造价和实现绿色发展的目标,通过对红层软岩改良土进行试验研究,评价其作为路基回填料的可行性.以西北某地铁深基坑项目为依托,首先通过对不同黄土和水泥掺比下红层软岩改良土进行正交试验研究,其次对该改良土压缩模量的影响因素进行分析,并给出最佳配合比,最后对...     

粉煤灰改良饱和黄土动力特性研究

以资源循环再利用与提高饱和黄土地基抗震性能为目的，通过对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土进行动弹性模量-阻尼比试验，研究了动荷载作用下粉煤灰掺量对饱和改良黄土动骨干曲线的影响，同时对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土初始动弹性模量、最大动应力幅值、动弹性模量与阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:饱和压实素土与不同掺量粉煤灰改良饱和黄土动骨干曲线均可用双曲线模型进行描述，模型参数受粉煤灰掺量影响较大；粉煤灰的掺入可有效改善饱和黄土地基抗震性能，随粉煤灰掺量增加，不同掺量饱和改良黄土动弹性模量与阻尼比分别总体呈增大与减小趋势；考虑粉煤灰改良饱和黄土抗震性能与经济成本，提出了饱和改良黄土最佳粉煤灰掺量为20%~25%；并基于回归分析，给出了饱和改良黄土动弹性模量衰减经验公式与阻尼比增长经验公式及其拟合参数。     

强震状态下黄土中桩基动力性状分析

传统通过p-y曲线法分析强震状态下黄土中桩基动力性状时未进行桩基结构模拟,获取的强震状态下黄土中桩基动力的相关动力参数不准确。本文提出新的强震状态下黄土中桩基动力性状分析方法,依据HS硬化模型设计HSS本构模型,通过模型获取强震状态下黄土中桩基动力的相关参数,以此为基础采用PLAXIS软件构建黄土中桩基有限元模型;通过两种模型从耦合荷载作用下的桩基桩身水平位移响应、桩身内力响应两方面对强震状态下黄土桩基动力性状展开实验分析。实验结果表明,所提方法可对强震状态下黄土中桩基动力性状进行准确分析。