基于孔压静力触探的杭州湾海域软黏土强度解译参数研究

我国海域广泛分布有低强度软黏土,其工程特性评价将直接影响风机基础设计和安全运行。孔压静力触探是目前海洋勘察中使用最多的原位测试手段,其优点在于对土体扰动小,缺点在于需要通过解译获取土体参数,而不同地区的解译参数往往存在场地特异性。依托浙江杭州湾嘉兴海域某海上风电工程,开展了室内试验和原位孔压静力触探试验(piezoncone penetration test,简称CPTU),标定得到了适合我国浙江杭州湾海域的淤泥质粉质黏土的CPTU锥尖因子N_kt范围为14.15～30.18,总平均值为20.25。标定结果显示杭州湾海域淤泥质粉质黏土锥尖因子N_kt与孔压比B_q呈现负相关性,而与含水率w、孔隙比e、液限w_L、塑限w_p、塑性指数I_p呈现正相关性,并得到了N_kt与孔压比B_q和塑性指数I_p的多元回归分析公式。将建立的N_kt关系式应用于临近平湖海域的风电场工程中,结果显示采用含水率...     

超固结软黏土的静止土压力系数与不排水抗剪强度

通过应力路径三轴试验对不同超固结比下饱和软黏土的K_0系数及K_0超固结软土的抗剪强度进行了研究,提出了超固结软土的K_0系数计算公式,基于各向异性屈服准则推导了K_0超固结软黏土的不排水抗剪强度,并与试验结果对比证明了计算公式的有效性。分析表明,常用的Mayne-Kulhawy K_0系数计算公式过高地估算较大超固结比OCR时的K_0系数,同时所提出的K_0超固结软黏土不排水抗剪强度公式通过考虑土体K_0系数随OCR的变化,避免了假设以有效上覆压力表示的回弹线斜率为常数所存在的问题。通过与试验结果对比表明,该公式能较好地预测K_0超固结土体的不排水抗剪强度。     

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。      

上海地区土体抗剪强度与静力触探比贯入阻力相关关系研究

基于上海地区19个工程共201组数据,通过黏土、粉质黏土和粉砂在上海地区土层中的分布,比贯入阻力Ps,室内固结快剪试验黏聚力cu和摩擦角?u,孔隙比e,塑性指数Ip沿土层深度的变化,分析得到3种土类的抗剪强度与比贯入阻力的相关关系,并总结了国内软土地区土体抗剪强度与静力触探比贯入阻力之间的相关关系。本文得到黏土的相关关系与以往的经验公式相近,同时给出了原位土层粉质黏土和粉砂的相关关系。区别不同土类使得相关关系可用性提高,在工程应用中更加合理。根据本文相关关系,通过静力触探比贯入阻力可以得到不同土层的抗剪强度值,进而应用于基坑稳定计算。本文研究的结果可以应用于海相沉积土的勘察和工程设计工作。     

现场软土欠固结程度孔压消散试验评价方法

原位测试技术分析软土的应力历史可以避免取样及室内土工试验对土样的扰动,其结果能真实地反映现场土体的工程特性。以往基于孔压静力触探（CPTU）测试技术的超固结比（OCR）计算方法主要是针对超固结土取得的,缺乏对现场处于欠固结状态土体的考虑,具有一定的局限性。在已有研究成果的基础上,提出采用不完全孔压消散曲线的末段及时间平方根倒数外推法计算原位初始孔压,如果初始孔压大于静水压力,表明原位土层中存在固有孔压,为欠固结土。在此基础上,通过计算固结状态参数,可进一步对软土层的欠固结程度进行定量评价。工程应用表明,该方法不受软土性质和地域限制,具有普遍适用性,是合理可行的。在缺乏室内固结试验成果的情况下,可高效快捷地判别软土层的固结状态。研究成果对合理评价欠固结软土的工程特性具有一定的指导意义。     

闽东地区滨海软土静力触探与十字板剪切试验相关性的探讨

根据现场原位静力触探和十字板剪切试验成果的分析研究.得出闽东地区滨海软土静力触探锥尖阻力值与不排水抗剪强度值存在线性相关关系.     

软黏土加载速率效应特性试验研究:进展与趋势

大量的室内和现场试验都表明,软黏土的强度与变形速率相关。为了更深入地认识软黏土的加载速率效应特性,首先分析了一维应力条件下先期固结压力和三轴应力条件下不排水抗剪强度的加载速率效应及应力-应变关系的归一化,探讨了一维和三轴条件下的5个速率方程(2个指数形式和3个对数形式)在拟合黏土先期固结压力和不排水强度加载速率效应上的适用性;使用5个速率方程估计了一维和三轴条件下的加载速率参数,以及拟合了加载速率参数与液塑限的关系,并且分析了复杂应力(十字板剪切和旁压条件)下的非理想土单元体的黏土加载速率效应特性等;讨论了黏土加载速率效应特性在一维和三维、压缩与伸长、不同超固结比(OCR)条件下的统一性;最后,从香港黏土压缩与伸长和不同OCR条件下的剪缩、剪胀特性方面更深入地探讨了软黏土加载速率效应特性,并讨论了典型的剪缩、剪胀方程在黏土的力学特性模拟中的有效性。结果表明,为更好地描述黏土的应力剪胀特性,现有典型的剪胀关系需要更一步改进。     

基于孔穴扩张理论的黏土不排水抗剪强度计算方法对比研究

为了利用旁压试验准确获取不排水黏土抗剪强度,对比研究了3种基于孔穴扩张理论的不排水黏土抗剪强度评价方法。其中,Gibson和Anderson提出的直接传统法忽略了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响;Cao提出的基于修正剑桥模型的解析法考虑了土体超固结比的影响;基于修正剑桥模型的有限元法同时考虑了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响。在两个试验场地的轻度超固结黏土和超固结黏土中开展了一系列旁压试验,采用上述三种方法对比研究了土体超固结比和旁压探头长度的有无限性对不排水抗剪强度的影响,结果表明:单独考虑超固结比的影响时,由直接传统法估算的黏土不排水抗剪强度较解析法小,且二者的差值随着超固结比的增大而增大;单独考虑旁压探头长度有无限性的影响时,由解析法得到的黏土不排水抗剪强度较有限元法高,且旁压探头的无限长度效应随着超固结比的增大急剧减弱。当以特定长度的旁压探头在黏土中进行旁压试验时,存在一个超固结比临界值。低于这个临界值时,旁压探头的无限长度效应对不排水强度的影响大于超固结比;高于这个临界值时,旁压探头的无限长度效应与超固结比的影响相互抵消。对于例1中的粉质黏土,超固结比临界值约为23;对于例2中的粉质黏土,超固结比临界值为34。在实际工程中,有限元法能够同时考虑旁压探头实际长度和超固结比对黏土抗剪强度的影响,为最佳方法。当黏土处于重度超固结状态(超固结比大于临界固结比)时,直接传统法和有限元法计算结果相近,可利用直接传统法计算黏土抗剪强度。     

基于孔穴扩张理论的黏土不排水抗剪强度计算方法对比研究

为了利用旁压试验准确获取不排水黏土抗剪强度,对比研究了3种基于孔穴扩张理论的不排水黏土抗剪强度评价方法。其中,Gibson和Anderson提出的直接传统法忽略了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响;Cao提出的基于修正剑桥模型的解析法考虑了土体超固结比的影响;基于修正剑桥模型的有限元法同时考虑了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响。在两个试验场地的轻度超固结黏土和超固结黏土中开展了一系列旁压试验,采用上述三种方法对比研究了土体超固结比和旁压探头长度的有无限性对不排水抗剪强度的影响,结果表明:单独考虑超固结比的影响时,由直接传统法估算的黏土不排水抗剪强度较解析法小,且二者的差值随着超固结比的增大而增大;单独考虑旁压探头长度有无限性的影响时,由解析法得到的黏土不排水抗剪强度较有限元法高,且旁压探头的无限长度效应随着超固结比的增大急剧减弱。当以特定长度的旁压探头在黏土中进行旁压试验时,存在一个超固结比临界值。低于这个临界值时,旁压探头的无限长度效应对不排水强度的影响大于超固结比;高于这个临界值时,旁压探头的无限长度效应与超固结比的影响相互抵消。对于例1中的粉质黏土,超固结比临界值约为23;对于例2中的粉质黏土,超固结比临界值为34。在实际工程中,有限元法能够同时考虑旁压探头实际长度和超固结比对黏土抗剪强度的影响,为最佳方法。当黏土处于重度超固结状态(超固结比大于临界固结比)时,直接传统法和有限元法计算结果相近,可利用直接传统法计算黏土抗剪强度。     

基于孔压静力触探(CPTU)测试的连云港海相粘土前期固结压力确定方法研究

首先回顾了基于孔压静力触探(CPTU)测试确定前期固结压力的方法,通过连云港海相粘土场地进行的CPTU试验资料,以室内固结试验得到的前期固结压力作为参考值评估了经验方法预测前期固结压力的有效性。最简单的方法是直接建立前期固结压力和净锥尖阻力的关系,同时也是最有效的方法。     

超固结粉质黏土水平应力释放特征与静止侧压力系数计算方法

如何合理地描述超固结地层静止侧压力系数K₀分布规律对岩土工程有重要的理论意义和应用价值。通过超固结地层形成过程的应力发展分析,开展了侧应力松弛试验,研究了超固结粉质黏土水平应力释放规律,建立了残余超固结水平应力σ’_hef与超固结比OCR的联系,提出了基于水平应力释放的超固结土K₀计算方法,并用原位土体水平应力KSB试验和室内试验进行了验证。提出的超固结土K₀计算方法物理意义清晰,并在中高OCR条件下实现了与前人归纳经验公式的统一。结果表明:超固结水平应力σ’_hef经历回弹与松弛2个释放阶段后稳定于残余值σ’_hef,粉质黏土σ’_he释放主要发生在回弹阶段;超固结水平应力残余值与初始值之比σ’_hef/σ’_he0随OCR增大而增大,但在OCR达到一定值OCR_r后趋于稳定。研究成果可供超固结地层中的挡土结构物土压力计算和数值分析提供参考和借鉴。     

软黏土蠕变特性试验研究：回顾与发展

大量的室内和现场试验表明软黏土存在长期变形难以收敛的问题,为了更深入地认识软黏土的蠕变特性,首先,从微观物理化学角度探讨蠕变机制;然后,深入分析一维应力条件下次固结系数的演变规律以及确定方法和三轴排水、不排水蠕变特性及黏土的长期抗剪强度、室内旁压试验和现场试验等复杂应力下的黏土蠕变特性等,并且讨论黏土蠕变特性与应变速率和应变松弛特性在一维和三轴条件下的关联性;最后,从黏土次固结特性与微观结构的相关性、如何准确描述次固结系数的非线性及蠕变过程中应力剪胀剪缩关系发展等三方面更深入地探讨软黏土蠕变特性。     

双向耦合循环剪切条件下超固结饱和海洋黏土孔压与强度特性研究

针对长江口地区的重塑饱和海洋黏土,进行了一系列均等固结条件下的应力控制式轴向-扭转双向耦合循环剪切试验,着重探讨了循环荷载分量比R与超固结比OCR对孔压与动强度特性的影响。试验结果表明,随着R的减小,波动孔压幅值逐渐降低,而残余孔压先降低后升高,R = 1时残余孔压最小。在循环耦合剪切作用过程中,对应相同循环次数,随着OCR的增大,累积孔压变小,而波动孔压幅值却在增大。对应相同循环次数比N/Nf,随着OCR增大,残余孔隙水压力比ur / urmax减小。经归一化处理后ur / urmax-N/Nf关系曲线对于正常固结与超固结饱和黏土可分别用不同的表达式来表达。随着R的降低,破坏循环次数先增大后减小,R = 1时最大。随着OCR的增大,饱和黏土的强度变化减小     

冲击荷载作用下结构性软黏土力学特性试验研究

冲击荷载作用对土体力学特性影响较大,为了研究此特性,基于天津滨海结构性软黏土,以空心圆柱扭剪仪模拟冲击荷载作用,并在冲击荷载作用前后对土体进行不固结不排水三轴试验,对比研究不同试验条件下结构性软黏土力学特性。试验结果表明:低围压常规三轴剪切试验状态下,土体表现出弱应变软化现象,且土体抗剪强度包线不能用直线表示,而是可由两条直线近似拟合而成;冲击荷载作用时,在一定应力范围内,冲击荷载越大,土体轴向应变、孔隙压力以及主应力差峰值也越大;冲击荷载作用后三轴剪切试验各围压下土体都呈应变硬化型,主应力差峰值均大幅减小,且土体抗剪强度包线均可用直线表示,c、φ值也远小于未受冲击荷载时三轴剪切试验相应数值。最后,总结分析冲击荷载作用对软黏土强度的影响,并拟合得到强度折减与围压、冲击荷载的关系,为实际工程中承受冲击荷载的结构性软黏土强度确定提供参考。     

密度孔压静力触探的测试理论和工程应用综述

孔压静力触探试验(CPTU)是目前使用最为广泛的原位测试方法之一,但CPTU不能原位测量土体最基本的指标——密度。密度孔压静力触探试验(DCPTU)是把核子密度仪结合到孔压静力触探系统中,贯入过程中可以同时测量锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力和密度的一种新型原位测试方法。本文首先介绍了DCPTU的试验装置和密度测试理论;然后通过与室内试验结果对比评价了利用DCPTU测量砂土、黏土、填土地层以及海底淤泥的密度的可靠性,分析了非均质地层中DCPTU测量密度与真实密度的区别、并提出了真实密度剖面的推求方法;然后综述了DCPTU在判别软弱夹层、评价砂土的液化势、检验地基处理效果、检测块状填土中的空隙、调查浮泥层的厚度和密度分布等方面的工程应用;最后展望了DCPTU在工程勘察中的发展趋势和应用前景。     

循环荷载作用下超固结软黏土软化-孔压模型研究

随着循环次数的增加,循环荷载作用下正常固结软黏土孔隙水压力逐渐增加,而孔压的增加将导致土体发生软化现象。对于超固结软黏土,循环荷载作用下在循环初期将产生负孔压,而此时也发生循环软化现象,这显然与有效应力原理是相矛盾的。以往的研究往往通过建立软化指数与循环次数的关系来描述土体的循环软化特性,从而不能反映土体的循环过程中残余孔压变化对土体循环软化的影响。通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,对循环荷载作用下超固结软黏土的软化特性及孔压发展规律及两者关系进行了研究。在试验的基础上建立了超固结软黏土循环软化-孔压模型,该模型反映了残余孔压增长对超固结软黏土循环软化特性的影响规律。     

超固结黏土单调和耦合循环的剪切特性研究

针对超固结黏土空心试样,利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在均等固结条件下进行了单调扭剪和三轴-扭转耦合循环剪切试验。试验结果表明：不同超固结比黏土的单调扭剪强度也可由正常固结黏土的单调扭剪强度得到,得到了不同超固结比下饱和黏土的强度及模量的退化规律;随着超固结比的增大,相同破坏循环次数的动应力比和临界循环应力比均线性增大;超固结比对耦合循环剪切的孔隙水压力的发展模式影响显著。参考Yasuhara的测量方法,采用荷载停止后继续采集孔压的方法可以更好地反映黏土在耦合循环荷载下产生的真实孔压和孔压的增长情况。提出的综合应变式同时考虑了剪切变化和正向偏差变形的共同效应,适合作为主应力连续旋转的耦合循环剪切试验的破坏标准。     

南海迭层土物理力学特性的研究

我国海域普遍分布有迭层土,由于结构的特殊性,对于其性质的准确把握,直接影响到海洋工程诸如打桩、钻井船插深等问题预测的准确性,关系到海洋工程建设的安全。现场进行孔压静力触探CPTU试验以及室内试验,分析我国南海海域迭层土的物理、力学性质的特点,对迭层土抗剪强度值的确定进行探讨。CPTU试验数据显示,迭层土的物理力学性质与单一土层具有较明显的差异;由于迭层土中砂层的存在,室内三轴不排水剪切试验（UU试验）确定的不排水强度明显偏低,是CPTU确定的不排水抗剪强度的下限值。CPTU的结果可以较好地反映了迭层土的特点,根据CPTU试验结果得到的摩阻比变化范围较大,在0～8之间远大于一般的砂土或黏土的变化范围,摩阻比与修正端阻之间的关系可用双曲线近似表示。建议进行静力分析时,迭层土不排水抗剪强度参数选取应参考CPTU试验结果。     

软黏土层一维有限应变固结的超静孔压消散研究

根据土力学固结理论计算分析软黏土层固结过程的超静孔隙水压力值,确定软黏土体固结过程的强度增长,对排水固结法处理软土地基至关重要。软黏土层固结过程中土体变形较大时,有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土固结所得结果差异较大。利用非线性有限元法及程序,通过对软黏土层固结工程算例的计算结果分析,研究了有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土层一维固结超静孔压值消散的差异;探讨了软黏土体一维固结过程中,几何非线性、土体渗透性变化和压缩性变化对超静孔隙水压力消散的影响。研究结果表明,当土体的变形较大时,有限应变固结理论计算出的超静孔压要比小应变固结理论得到的值消散的更快。考虑土体固结过程中渗透性的变化时,超静孔压消散变慢;可用软黏土渗透性变化指数ck 反映渗透性变化对超静孔压消散的影响,渗透性变化指数ck值越小、超静孔压消散越慢。固结过程中软黏土压缩性的大小及变化也影响超静孔压的消散,可用软黏土的压缩指数cc反映固结过程中压缩性的大小及变化对超静孔压消散的影响,软黏土的压缩指数cc越小,固结过程软黏土层中的超静孔压消散越快。     

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。