结构性参数在黄土地基沉降计算中的应用研究

弦线模量法建立了考虑黄土基本物性指标及附加应力综合影响的弦线模量函数,应用分层总和法计算黄土地基的变形量,并在陕西关中黄土地区工程实践中获得良好的预测结果,而在分析兰州等其他黄土地区地基沉降时,结果出现偏差,究其原因,与计算中忽视了天然状态下黄土的结构性特征有关。以弦线模量法为基础,通过西安近郊4处土样试验和大量载荷试验资料,分析黄土的构度指标与压缩模量、孔隙比、含水量的关系,并将构度指标引入弦线模量表,深化结构性参数在地基沉降变形计算中的理论。     

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。     

考虑卸荷变形模量的坑底回弹变形计算方法

针对基坑开挖卸荷导致坑底土体回弹变形问题,考虑开挖卸荷过程中土体弹性模量随着卸荷应力路径变化的特征,推导在卸荷应力路径作用下土体变形模量的计算公式,考虑基坑的开挖为地表以下基坑开挖面处应力的变化,基于Mindlin应力解计算矩形基坑开挖卸荷引起的坑底土体附加应力,采用分层总和法计算基坑开挖引起的坑底土体的回弹变形,结合已有文献中的工程实例,采用该方法计算开挖引起的坑底隆起变形,并与实际监测数据对比分析表明,该方法能够有效预测基坑开挖引起的坑底隆起变形,能够作为基坑开挖坑底隆起变形的一种有效预测方法。     

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。     

泉州市规划区场地抗震性能与土地适宜性分区研究

在泉州市土地适宜性分区规划的编制过程中，建立了比较详细的钻孔资料数据库，给出了泉州规划区内不同土类的剪切波速按埋置深度进行修正的经验公式，并用这些经验公式计算了无实测波速资料的钻孔的等效剪切波速。文中按等效剪切波速和覆盖层厚度进行了场地类别的划分；采用震后残余应变和软化模量的思想和分层总和方法，综合考虑了软土厚度、埋深、地下水位对软土震陷量的影响，使软土震陷量计算结果更为合理。在充分考虑规划区内地形地貌、工程地质条件、场地类别、砂土液化、软土震陷、砂层及软弱土层的厚度分布、滑坡崩塌等对场地抗震性能影响的基础上，给出了更适合规划区的场地抗震性能评价标准，绘制了泉州场地抗震性能与土地适宜性分区图。     

近海复杂环境下的H-M-T受荷桩内力位移分析

为探讨近海复杂恶劣环境（台风超强风力、车辆冲击力或地震产生的复杂力等）下水平力H、弯矩M及扭矩T共同作用时的基桩桩身内力变形特性,基于传统有限杆单元法思想,获得了H-M-T受荷桩的基本单元刚度矩阵。然后,基于m法考虑桩周地基土的侧向约束作用,并计入H-M-T耦合效应,采用凝聚方法导得了具有简洁统一形式的桩身杆单元刚度矩阵,由此建立水平力、弯矩和扭矩组合作用下的桩身内力位移有限杆单元法计算模型,进而采用MATLAB编制出相应的分析计算程序。最后,结合近海工程算例进行了分析。结果表明：1文中提出的改进有限杆单元法能考虑桩周地基土的分层特性、不同边界条件及H-M-T的耦合效应;2相比单一考虑水平受荷,扭矩的存在加大了桩身的位移和内力;3H-M-T复杂受荷模式下,荷载传递存在有效传递深度,当相对深度z/L超过0.5后,桩身弯矩和剪力趋近于零,而扭矩显著减小。     

地震荷载作用下被动侧土压力计算方法研究

地震土压力的评价是土力学和岩土工程领域的基本研究课题之一。以往的研究结果表明,挡墙的位移量和位移模式对于地震土压力大小和分布具有显著影响。实际工程中,地震荷载下挡土墙后填土通常处于主动和被动状态之间。经典的物部-冈部公式只能计算主动和被动极限状态下的地震土压力,未考虑填土的侧向变形对于土压力的影响。文中基于拟静力法和曲面中间滑楔体的概念,给出了挡墙平动模式时,任意侧向变形条件下的被动侧地震土压力计算方法。在此基础上采用所提方法对一典型的挡土墙系统的被动侧地震土压力进行了计算,给出了地震土压力系数的计算图表,并与基于平面滑动面假定的计算结果进行了对比,讨论了平面滑动面所导致的误差。     

等效拉压荷载下饱和粉质黏土的弹塑性变形特性研究

动三轴试验中,若在一定轴向静偏应力基础上施加对称正弦波荷载,土体会在荷载正半部分出现轴向压缩状态,而在荷载负半部分有可能因为侧向应力大于轴向应力而出现轴向等效拉伸状态,将此类荷载暂称为等效拉压荷载。为研究等效拉压荷载下饱和粉质黏土的弹塑性变形,设计了多级正弦波荷载室内不排水动三轴试验。依据试验数据揭示了围压、静偏应力、动偏应力和压实系数对土体弹塑性变形发展的影响,并提出用拉压效应系数来确定轴向塑性累积应变的发展趋势。研究表明:若取轴向压缩方向为正方向,拉压效应系数存在一临界值,当实际值大于临界值时,塑性累积应变向负方向发展,反之则向正方向发展或基本保持不变;同时Hardin模型可以较好地描述饱和粉质黏土的动弹模-动应变关系,且塑性累积应变向负方向发展时动弹模量普遍偏小。     

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。     

采用射线寻迹的井间层析成像

本文采用二维井间观测走时反演地震波速,用迭代射线寻迹走时成像方法进行层析成像.作者导出三次多项式插值基函数计算离散网格内的折射率分布,还给出了具有自己特点的二步扫描法,不但加快了正演计算时间,同时方便地建立走时残差与模型修正量的关系.考虑到实际应用时,震源与接收器常不位于同一平面,为此进行了校正,并给出了校正方法,提高了重建精度. 数值的与实际应用的结果表明,本文给出的层析成像算法是快速的、稳定的、适用的.     

采用射线寻迹的井间层析成像

本文采用二维井间观测走时反演地震波速,用迭代射线寻迹走时成像方法进行层析成像.作者导出三次多项式插值基函数计算离散网格内的折射率分布,还给出了具有自己特点的二步扫描法,不但加快了正演计算时间,同时方便地建立走时残差与模型修正量的关系.考虑到实际应用时,震源与接收器常不位于同一平面,为此进行了校正,并给出了校正方法,提高了重建精度. 数值的与实际应用的结果表明,本文给出的层析成像算法是快速的、稳定的、适用的.     

基于ABAQUS的真空-堆载联合预压法的仿真研究

利用有限元分析软件ABAQUS在仿真过程中直接模拟真空度,并通过ABAQUS的二次开发平台编写排水板单元子程序,对软土地基的真空-堆载联合预压进行仿真和固结分析,并与真空荷载换算为堆载方法进行对比。结果表明这种仿真模型更接近实际,分析地基变形与实际情况一致;塑料排水板单元子程序合理,可以有效减小分析误差。对天津港某软基的加固工程进行了建模仿真,其结果与实测数据相吻合,在误差允许范围内。通过计算不同泊松比、加固区宽度条件下真空-堆载联合预压的最终沉降量,分析得到了相应泊松比、加固区宽度的沉降修正系数,对类似的工程有一定的指导意义。     

大气作用下膨胀土地基的水分迁移与胀缩变形分析

运用土体渗流和蒸发理论,建立了大气-非饱和土相互作用模型;以现场观测的气象数据作为边界条件,进行了地基土中水分迁移的数值模拟,得到了大气作用下地基土体含水量的动态分布规律。计算结果表明,地基土中含水量变化幅度随深度增加而递减,3.5 m深度以下土体的体积含水量基本不变,从而确定了南宁地区膨胀土地基的大气影响层深度为3.5 m。在此基础上,结合已有膨胀土胀缩性指标的干湿循环效应研究成果,提出了一种同时考虑干湿循环效应和1.0 m深处含水量变化的膨胀土地基胀缩变形计算方法,通过算例将该法与传统方法进行比较,结果显示该法更加符合工程实际。     

插桩过程对临近平台桩基础的影响研究

由于大型自升式钻井船的插桩位置通常距离海上钻井与采油平台较近,桩靴的插入过程可能会对临近平台的桩基础承载力和稳定性产生不利影响。以实际工程为背景,运用球孔扩张理论推导挤土效应产生的水平附加应力大小及其范围;提出一种近似考虑动力挤土效应的拟静力数值模拟方法,分析桩靴下沉到不同深度处时的桩基承载力、桩身应力和最大水平位移,并与静力分析结果进行对比。研究表明,桩靴插入过程对周围土体产生巨大的挤压和扰动作用,使得桩基承载力降低,桩身应力变大,最大水平位移增加;与静力法计算数值相比,由挤土效应导致的单桩承载力下降6%~8%,桩身应力增大30%~80%,桩身最大变形量增长1倍。     

基于非线性运动分析的CGCS2000下我国CORS站运动特征

CGCS2000(中国地心坐标系统2000)下CORS(全球导航卫星系统连续运行参考站)站的非线性运动主要受到地壳非构造形变信息、框架点公共误差信息和观测误差信息的组合影响,分析我国CORS站坐标时间序列中包含的非线性运动信息是维护CGCS2000坐标框架精确性、可靠性的基础.本文研究方法首先采用国际卫星对地观测数据及相关地球物理模型,计算了由质量负荷效应造成的地壳非构造形变, 并以此修正了这些非构造形变对国家CORS站坐标时间序列的影响.其次采用主成分空间滤波算法(PCA)提取质量负荷改正后的CGCS2000坐标框架公共误差(Common Mode Errors, CME)的时空特性.最后采用最大似然法定量估计了负荷改正和滤波后的国家CORS网坐标时间序列的噪声特性,采用加权最小二乘法评定了考虑不同噪声影响的CGCS2000框架下的国家CORS网年速度估值和实际精度.     

地震波在粘弹性各向异性地壳介质中的传播及其应用研究

实际地球介质中普遍存在着多尺度、多取向、填充各种流体的孔隙、裂隙和裂缝,这种介质常常被称为双相介质或多相介质。裂隙及其填充流体的存在一方面使得介质的弹性模量(体模量和剪切模量)减小,改变流体输运性质,另一方面也导致地震波传播的各向异性、衰减和频散。介质的双相和各向异性特征是现代地球物理学的两个难点。一般各向异性弹性介质的弹性矩阵有21个独立参量,满足Christoffel方程;在高频近似条件下,满足射线追踪方程。然而直接求解波动方程往往十分困难,常常不能得到解析解。考虑到实际地球介质大多是弱各向异性,因此可以利用扰动理论近似描述,将相速度、偏振矢量线性化并表示为弱各向异性参数(Weakly Anisotropy,WA)的形式。我们给出了TTI介质中qP波的相速度和偏振矢量的弱各向异性参数线性化反演公式。20世纪70年代以来,科学家们通过地震波速度的方位各向异性、横波分裂、接收函数法、面波偏振等方法研究地球介质的各向异性。其中横波分裂方法是各向异性最直观的表现,具有相对简单、横向分辨率高、对裂隙密度及纵横比较敏感等优点,是研究介质各向异性性质的一种主要方法,也是研究大构造(如岩石圈等)的重要手段。本文以EDA(Extensive Dilatancy Anisotropy),APE(Anisotropic Poro-Elasticity),Chapman多尺度模型为例介绍了双相介质中的等效介质模型。EDA、APE理论的研究对象是微观尺度的单组微裂隙,其裂隙密度定义为张性扩容各向异性。EDA被认为是地壳各向异性的主要因素,当横波通过这种介质会分裂成快慢横波,且快横波的优势偏振方向往往与区域最大水平应力相同。基于SOC(Self Organized Criticality)理论双相介质的破裂特性,可以对由于应力作用处于临界状态下的微裂隙与流体的动态特征进行描述的APE模型表明,横波分裂对地壳介质的微裂隙的几何特征(如裂隙的纵横比)十分敏感,而微裂隙的几何特征变化对应力场的变化十分敏感。因此将横波分裂结果在地震前后的变化解释为横波对地应力场变化的响应,并提出可以利用这一特征进行应力检测。在不同地质构造时期,由于区域应力场的作用,可能导致实际地球介质中的微裂隙是多尺度的,并且有多个优选方向。本文介绍的Chapman多尺度模型将中等尺度断裂加入分析中,并考虑两种尺度的微裂隙和裂缝之间的相互作用,获得了频率相关的等效弹性矩阵。通过引入复数弹性张量,可考虑各向异性粘弹性介质的波动理论。由于弹性矩阵的虚数部分的引入,且是频率相关的,因此解析解的计算比一般各向异性弹性介质更加复杂。在高频近似时,可将一般各向异性弹性介质的射线追踪方程以及扰动理论应用到弱各向异性弱衰减(Weakly Anisotropy-Attenuation,WAA)介质中,此时其固体骨架由各向同性变为各向异性介质,且弹性矩阵的扰动由实数变为复数。本文给出了P波在一般WAA介质中随方位衰减的线性化反演公式。通过2个、3个、6个等方位间距的剖面组成的walkawayVSP模拟实验,使用TTI模型和一般各向异性模型对模拟数据进行了反演,验证了反演公式的正确性和可靠性。然后,对一个来自JavaSea的由三条剖面组成的walkaway VSP实际观测数据进行了反演计算,获得了钻井中不同深度检波器处的WA参数。中国地震台网中心测定,北京时间2008年5月12日14:28:04,在青藏高原东缘龙门山推覆构造带上发生了逆冲为主带有少量右旋、挤压型M S8.0大地震(31.01°N,103.42°E)。为提高时频分辨率,分析时频局部化信息,引入Meyer-Yamada正交小波基MYW。在粘弹性各向异性线性化理论的基础上,运用小波分析方法对以汶川地震为中心,200km为半径的范围内的地震进行了分析,获得了汶川震中区9个固定台站的P波小波波谱的平均衰减结果和方位各向异性衰减结果。该方法能够有效利用小震数据研究震源区介质各向异性随时空的变化规律,具有广阔的应用前景。