单柱式海上风能建筑结构物——循环力作用下砂性土孔隙水压力的研究

单柱式海上风能结构物近年来引起各国的高度重视,德国制定了研究大型单柱式风能结构的计划。基于计划要求,通过对历年一些相关文献的研究分析,建立了新型的实验模型模拟单柱式海上风能结构,同时运用Fe程序进行了模拟,共同对砂土中单桩在循环力作用下土体中孔隙水压力变化进行了研究,并对不同渗透率砂土和不同频率的循环力条件下的土体孔隙水压力作了对比分析。得出了土体中孔隙水压力的存在和其存在的大小是受自身和周边条件影响的。此研究结果对于德国大型单柱式风能结构物的研究有一定价值。     

冻融循环过程中土体的孔隙水压力测试研究

冻融循环对土的结构以及物理力学性质有着重要影响,其变化与冻融过程中的孔隙水压力变化有密切关系。但土体冻结过程中的孔隙水压力测试一直是冻土土工测试试验的技术难题。针对这一难题,研发了一种适用于冻结土体孔隙水压力测试的探头,并对砂土和粉质黏土在冻融循环过程中的孔隙水压力发展变化进行了实时监测,获得了圆柱试样冻融循环过程中不同深度处的孔隙水压力变化过程。在冻结过程中,粉质黏土形成冻结缘区及可视的分凝冰,而砂土则无冻结缘及分凝冰的形成。冻融循环过程中土体内部的孔隙水压力变化受温度、冻结速率、冻融循环以及土质等因素的影响。孔隙水压力随温度的循环变化而经历周期性变化：冻结过程中,孔隙水压力不断下降,吸力不断增加;融化过程中,孔隙水压力增大。而冻结速率、冻融循环及土质主要对孔隙水压力降的幅值变化产生影响。此外,冻结锋面位置附近孔隙水压力的下降、吸力的增加,正是水分由未冻区向冻结区迁移的主要驱动力。根据以上试验结果及其理论分析发现,所研制的孔隙水压力探头具有一定的实用性。     

循环荷载作用下竖向排水板加固软黏土的孔隙水压力累积特性研究

采用大型动三轴试验仪进行重塑高岭土试样的循环三轴试验,试样直径为300 mm,高度为600 mm。圆柱体试样中心放置了一块竖向排水板,在循环加载试验进行时和结束后都可进行径向排水。试验结果验证了径向排水可以有效地消散循环荷载引起的孔隙水压力。通过结合径向固结理论与不排水循环加载土体模型,提出了一个循环荷载作用下径向固结模型,用来描述在允许径向排水的情况下软黏土在循环荷载作用下的孔压累积特性。模型中考虑了应力历史和孔隙水压力消散对孔隙水压力生成的影响,并用大型循环三轴试验结果进行验证。研究发现,当施加较大循环荷载时,径向排水减缓了孔隙水压力累积到临界值的速率,因而土体在破坏前可以经历更多次的循环荷载;当施加中等循环荷载时,径向排水可有效阻止孔隙水压力增长至临界值。除此之外,还研究了加载间歇期对孔压累积特性的影响,结果显示3组循环加载结束后,累积孔隙水压力开始减小,表明之后更多的循环加载并不会引起孔隙水压力的累积增长。     

不同排水条件下饱和砂土快速大剪切力学特性

为探索滑坡灾害中土在复杂条件下的剪切力学特性,本文利用大型环剪试验机,通过进行各种排水条件下的连续大位移剪切试验,对不同法向应力、剪切速率和孔隙水压力等复杂条件下饱和砂土的力学特性及其变化机理进行了研究。结果表明：1）在连续快速剪切条件下,砂土剪切力学特性在干燥、不排水和排水等条件下呈现不同的变化形式。其中在不排水条件下,饱和砂出现一定的应变软化现象。2）在相同正应力和剪切速率的环剪试验中,饱和砂在不同排水条件下（上排水、下排水、上下排水）的抗剪强度出现显著差异。3）在排水环剪试验条件下,砂土剪切应力与强度的差异性变化不仅与土体内细土颗粒运移和结构变化有关,并且受到剪切过程中不同排水条件下孔隙水压力变化的影响和控制。4）排水环剪条件下,饱和砂孔隙水压力的消散变化不仅与不同排水方式下土体内所形成的排水通道顺畅程度有关,并且受到不同剪切速率和法向应力的影响作用。     

地铁振动荷载对下穿越盾构开挖面孔隙水压力的影响

盾构穿越饱和砂土地层中的运营地铁时,在地铁列车振动荷载的作用下开挖面前方土体中会产生超孔隙水压力,影响开挖面稳定,通过动三轴试验对不同类型砂土在地铁列车振动荷载的作用下的超孔隙水压力增长规律进行了研究。研究表明,随着地铁列车振动荷载振幅的增大,超孔隙水压力逐渐增大,当振幅不大于10 kPa时,超孔隙水压力的增加并不明显;开挖面支护力减小,会使振动荷载对超孔隙水压力的影响增强,而且这种影响对土体竖向应力卸荷比土体水平应力卸荷更为敏感;在饱和松散细砂地层中,地铁列车振动荷载对超孔隙水压力的影响最为显著;地铁列车振动荷载引起的开挖面超孔隙水压力绝对数值不大,但能使泥水盾构泥膜承受的压力差至少减小约33%。     

考虑孔隙水压力及非线性Mohr-Coulomb破坏准则下浅埋土质隧道三维塌落机制的上限分析

浅埋土质隧道的稳定性研究一直是隧道工程的关键问题,而孔隙水压力的存在影响着浅埋土质隧道的安全。构建了隧道顶部为圆弧形的浅埋土质隧道的三维塌落机制,基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则和极限分析上限法,并考虑孔隙水压力的作用,推导出浅埋土质隧道的塌落范围及支护力的最优上限解计算公式。通过与既有研究进行对比,验证了所提方法的合理性。分析了不同参数对塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响,结果表明：孔隙水压力对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力有着显著的影响;孔隙水压力对塌落范围、塌落土体重力的影响比较复杂,而支护力都随着孔隙水压力系数的增大而增大;不同参数对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响规律不同。新方法可为浅埋土质隧道的设计优化提供理论支撑。     

不同温度及排水条件下高温冻土孔隙水压力试验研究

在荷载的作用下孔隙水压力的消散是揭示冻土整体变形机理的关键,为了研究高温冻土中孔隙水压力变化规律,在不同温度、不同排水条件下,对高温冻土开展了压缩固结试验,并监测其在-1℃、-0.5℃和-0.3℃的条件下孔隙水压力及位移变化情况。结果表明：温度对孔压、变形有较大影响,温度越高,土体的变形速率越大,孔隙水压力峰值越大,消散速率也越快;而温度相同时,排水条件下的孔压峰值比不排水条件下的低,位移比不排水条件下的大;从试验结果中可以认识到,孔隙水压力在受骨架挤压增大的同时也在缓慢消散。     

盾构隧道施工引起的土体初始超孔隙水压力分布研究

盾构施工会对周围土体产生扰动,形成超孔隙水压力,引起工后固结沉降。运用应力释放理论推导与衬砌相邻的土体初始超孔隙水压力计算公式。假定扰动范围边界呈圆弧状,确定初始超孔隙水压力的分布范围;同时运用应力传递理论,推导分布范围内任一点土体的初始超孔隙水压力计算公式。通过对实测资料的分析可知,计算值与实测值吻合较好。算例分析表明,与衬砌相邻的土体初始超孔隙水压力呈近似圆形（顶部小、底部大）;随着到衬砌的径向距离增加,土体初始超孔隙水压力呈凹曲线形状;隧道底部的等值线最密,即变化最快;隧道顶部上方土体、不同深度处土体初始超孔隙水压力,以隧道轴线处为最大,呈现类似Peck曲线形状。     

高速滑坡形成机制： 土粒子破碎导致超孔隙水压力的产生

通过排水剪切试验，揭示出易于产生粒子破碎的土体易于产生体积变化，土体初始结构和粒子破碎难易度对体积变化各阶段的影响。在与之相对应的不排水试验中，产生粒子破碎的土体最终产生了较高的超孔隙水压力，而且孔隙水压力产生的各阶段与排水试验中的体积变化阶段具有良好的对应关系。揭示了不同诱因产生的高速滑坡的共同特征，即在长距离运动中，由于粒子破碎的影响，滑动面土体在不排水条件下，抗剪强度因超孔隙水压力上升而下降，最终导致高速滑坡。同时，由于粒子破碎将导致土体自身渗透系数降低，土粒子破碎因而具有促进超孔隙水压力产生和减缓超孔隙水压力消散的双重效果。     

真空堆载联合预压加固软基中孔隙水压力消散规律研究

通过实测资料分析了真空堆载联合预压中不同深度的孔隙水压力、超孔隙水压力、相对超孔隙水压力随时间的变化规律,并对孔压变化的原因进行了微观解释。结果表明:(1)处理区外侧,孔压变化主要由地下水位下降引起,受真空影响较小;(2)在处理区内,孔压变化受真空负压、土体渗透性和堆载荷载的影响。真空作用下的渗流是孔压消散的主要方式,土体渗透性的强弱影响着孔压消散的速度,消散的孔压转化成有效应力,促使土颗粒移动,对孔隙水产生挤压,这使孔压消散呈脉动性特征。     

K0固结条件下砂土的循环剪切特性试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对福建标准砂Dr = 30 %,在K0固结条件下,进行不同围压下的循环三轴试验,探讨了K0固结过程和K0固结条件下砂土的孔隙水压力特性与强度特性,并与原有均等固结条件和非均等固结条件下的循环三轴试验进行对比分析。通过分析和比较表明,砂土的K0固结试验过程可以分为两个阶段,第1个阶段是初期的缓慢变形阶段,第2个阶段是后期的稳定发展阶段,围压对静止土压力系数K0的测定有一定影响。不同固结过程对砂土动孔隙水压力的发展有很大的影响,K0固结条件下试样出现明显的剪胀现象。另外,K0固结条件下砂土动强度高于非均等固结条件（Kc = 1.67）下砂土动强度,低于非均等固结条件（Kc =2.94）下砂土动强度。     

孔隙水压力静力触探动态贯入过程的有限元模拟

孔隙水压力静力触探作为一种新型的土体勘测技术已被广泛应用,但是,其机理的研究尚存在很大的不足。笔者系统分析了孔压触探的贯入特征,提出了“孔隙水压力体积基准值”的概念,借此推导出用土体体积变形量计算超孔隙水压力的公式。在此基础上,用轴对称有限单元法模拟探头的动态贯入过程,揭示应力－应变的变化特征,寻找超孔隙水压力生成与消散的规律,对孔压触探的机理进行了研究。     

基坑开挖孔隙水压力变化规律试验研究

讨论了基坑开挖及降水过程中,基坑周围土体孔隙水压力的变化过程,根据现场量测数据进行了分段线性拟合,得到了土体中孔隙水压力的变化规律。并对基坑周围土体孔隙水压力的变化机理及过程进行了分析。     

不稳定粘土斜坡孔隙水监测初步分析

我们通过监测位于亚平宁地区的一个粘土斜坡内正孔隙水压力来分析降水如何影响沿土体剖面的孔隙压力分布，从而影响斜坡稳定性。监测数据在监测滑坡活动的第一个季节（2001年8月-2002年6月）获得。研究地点位于一个复杂滑坡后缘，该处斜坡即将发生浅层滑坡，斜坡变形特征非常明显。 孔隙水压力数据的初步分析显示，过去11个月其变化呈现稳定的趋势。在寒冷潮湿的季节里，饱和带通常延伸到接近地表（小于1m）。孔隙水压力测量显示，任何条件下，整个斜坡内存存明显的垂直向下水流，但其在很大程度上受顺坡水流控制。与降雨对应，浅层地表（1—3m）存在压力脉冲，与低渗透性土体相比，其滞后过程很短，并且水流有瞬时水流的特征。斜坡在观察期问破坏，孔隙水压力的瞬时反应说明其为孔隙水压力型滑坡。 地下水流存在优势路径，这种现象可以解释在同样深度内一些传感器的异常反应。     

地震历史对各深度土体抗液化性影响的振动台试验研究

地震引起的液化会对岩土结构造成重大破坏,而震后伴随的余震可能导致砂土再次发生液化。为研究自由场地下地震历史对各深度饱和砂土的抗液化能力的影响,设计并开展了一系列振动台试验。试验中对砂土输入了4次不同加速度的震动事件,细分为7次小的事件。通过计算对比每次振动事件的超静孔压比、加速度响应以及土体沉降,以研究不同地震历史下各深度土体抗液化能力的变化规律。试验结果表明：输入的地震波加速度大小与加速度响应系数呈正相关关系;饱和砂土遭受轻微和中等地震时液化更容易发生在浅层而非表层;表层土体中,强烈地震后的中等余震使得土体对地震烈度的敏感性降低,孔隙水压力在峰值加速度后消散迅速,液化时间缩短;有强震历史的土体会降低浅层土体的抗液化性能,深层土体抗液化性反而会在经历强地震后增强,影响深度范围取决于地震的烈度;通过数据拟合得到了不同等级的循环地震在各深度土体的抗液化提升比的量化公式。试验结果可以反映在地震实际中各等级的地震历史对各深度土体的不同影响。     

恒定渗流作用下泥石流起动过程冲刷试验分析

渗流是泥石流水动力条件主要来源之一,不同渗流流量具有不同的渗流力和冲刷力,从而可引起不同规模泥石流。通过开展室内水槽试验,利用测压管量测渗流过程中的孔隙水压力,并结合高清摄像技术从微观角度记录堆积土体内部细颗粒的运移、骨架颗粒的坍塌现象,以此分析研究土体渗透破坏、起动形成泥石流过程中的渗流和冲刷作用。在此基础上设定水槽坡度为7°,调节恒定渗流流量分别为120、170、265、320 ml/s,分析不同恒定渗流流量对固体堆积物失稳、泥石流起动过程中流态变化的影响。分析结果表明,在恒定渗流流量作用下,堆积土体内部细颗粒迁移、骨架颗粒坍塌造成土体颗粒重排列、孔隙水压力上升进而导致土体抗力降低是泥石流土体颗粒失稳、起动、冲刷的重要原因;随着渗流流量增加,流速迅速上升,土体内孔隙水压力逐步增大,骨架颗粒的失稳、移动主要受渗流及水流冲刷两方面共同作用,堆积土体颗粒的移动分别表现出缓慢小幅滑动后稳定、过渡型滑动和快速流滑现象。     

昆明地区静压桩承载力的探讨

主要介绍了压桩力与单桩竖向极限承载力的关系,以及利用压桩力估算单桩竖向极限承载力的方法。在试桩阶段,位于饱和软土的摩擦桩,压桩力较低,桩的承载力主要来自土体恢复后桩侧的摩阻力。根据静载荷试验检测结果,用单桩竖向极限承载力除以压桩力,引出一个系数,称为压力比,通过分析比较,得出在昆明地区的正常压力比,静压预制管桩在1.3～2之间,静压预制方桩在2.5～5之间。用压桩力乘以压力比,可以估算单桩竖向极限承载力。还简要介绍了挤土效应和超孔隙水压力对桩的承载力的影响。在工程桩施工时,地层中的土体和孔隙水被挤压,形成孔隙水压力,会产生一个向上的浮力,导致已施工的桩上浮,单桩承载力显著降低。     

粉土与粉质黏土互层中静压桩桩土界面孔隙水压力

为研究层状黏性土在静压桩沉桩过程中桩土界面孔隙水压力的分布规律,依托山东东营某桩基工程开展了现场足尺静压桩试验,分析了桩土界面孔隙水压力的变化规律,探讨了桩土界面超孔隙水压力的分布特征,明确了桩土界面孔隙水压力和超孔隙水压力的消散特性,并结合水力压裂理论和孔穴扩张理论,揭示了沉桩过程中桩土界面沿桩长方向超孔隙水压力的分布形式。试验结果表明：孔隙水压力、超孔隙水压力与土层性质密切相关,二者均在粉土层中增长较慢,在粉质黏土层中增长较快;在同一深度处,两者均存在明显的消散现象,在粉土中的消散程度明显大于粉质黏土中;采用水力压裂理论结合孔穴扩张理论计算的超孔隙水压力沿桩长方向的变化规律与试验值相吻合;桩身贯入深度越大,超孔隙水压力理论计算值与现场实测值越接近。     

动力排水固结法加固吹填黏性土的模型试验研究

为了研究动力排水固结法加固吹填土地基的效果,研发了大比例尺的室内模拟试验装置并开展了试验。重点对夯沉量、土体内孔隙水压力的瞬时和长期变化进行了监测和分析,得到如下结论:夯击产生的能量以波的形式向土体内部传播,由于波的作用造成土体拉伸形成裂隙,这些裂隙成为初期的排水通道;孔隙水压力的动态变化具有明显的脉动特性,夯击瞬间出现负增长,然后再累积增长;不同深度土体的孔隙水压力增幅不一样;土体表面铺设的砂垫层不仅可以用做排水,还可以作为静力荷载,有助于土体的排水固结。     

沉桩挤土对孔隙水压力影响的试验研究

软粘土层深厚的地区进行预制桩沉桩将产生超静孔隙水压力的累积,过高的超静孔隙水压力使周围土体及建筑、地下管线等产生较大的变位,甚至产生破坏。以一次沉桩引起的超静孔隙水压力的原型试验,表明,单桩沉桩显著影响范围可达15m,沉桩引起的超静孔隙水压力水平可以达到甚至超过上覆有效土压力,并出现两个不同的相对稳定水平阶段。