先期固结压力理论的新认识

近年来，在对国内广泛分布的老粘性土、红土等土体的研究过程中发现，这些土均为“超固结土”，其先期固结压力（Ｐｃ）值不仅与土的受荷历史有关，而且还与土的物质组成和结构特征有着十分密切的关系。研究结果表明，影响Ｐｃ值大小的因素很复杂，红土和下蜀土中对Ｐｃ值大小起决定作用的为游离氧化物的胶结连结，而黄土状土中土自重压力则为主导因素。可见土的先期固结压力并非唯一由上覆荷载所致。     

关于红黏土先期固结压力的探讨

土力学传统理论认为,土的先期固结压力受控于应力历史,与曾经受到的压力有关。然而,通过室内试验发现,红黏土这类区域性特殊土的先期固结压力所表现出的规律与传统理论相悖。研究表明,红黏土的先期固结压力主要受土的成因、结构和成分制约,上覆压力对其影响甚微。笔者分析了土力学传统观点在解释红黏土特性时存在的缺陷,探讨了红黏土先期固结压力的真正含义,提出了对红黏土先期固结压力的新认识。     

不同影响因素下非饱和红土土-水特征曲线的试验研究

以江西典型的红土为研究对象,利用GEO-Experts压力板仪进行不同影响因素下红土的土-水特征曲线试验研究。研究内容包括不同粒径、不同干密度、不同含水率、不同预固结压力、脱湿和吸湿循环以及反复脱湿和吸湿循环对土-水特征曲线的影响;通过三种常用的SWCC模型(Brooks和Corey模型、van Genuchten模型及Fredlund和Xing模型)对试验数据进行拟合和分析,找出适合江西典型红土的土-水特征曲线方程,并提出了模型中参数的取值范围;本文还提出了土-水特征曲线的双曲线模型,该模型对计算残余含水率非常方便,参数变化范围小,容易选取。     

海相结构软土的次固结研究

现有次固结计算方法没有考虑土结构性的影响,但自然沉积土大都具有结构性。海相软土一维次固结试验研究表明,对于结构性土,次固结不仅在超固结状态时与荷载有关,且在土体结构破坏的过程中也与荷载有关。当固结压力小于先期固结压力时,次固结系数随压力增长较快;当固结压力大于先期固结压力且小于结构完全屈服压力时,次固结系数随固结压力增长缓慢;当固结压力大于结构完全屈服压力时,次固结系数不随固结压力变化。次固结系数变化与否的荷载分界点不是先期固结压力,而是结构完全屈服压力。对于海相结构软土,其次固结系数变化在超固结、结构破坏、正常固结3个阶段随荷载变化的规律不同。最后,提出了考虑土结构性的一维次压缩计算方法。     

孔隙型地热储层热固结变形特性试验研究

地热资源的开采会导致热储温度、压力改变,影响其固结变形特性,引发环境地质问题。以鲁西北砂岩热储开采区孔隙型地热储层为研究对象,开展不同应力、温度条件下的固结变形试验,分析固结变形特性,并对卡萨格兰德法与能量法所计算出的先期固结压力进行比较,结果表明：地热储层固结变形量与含水率、温度均呈负相关关系;地热储层自重压缩系数约为标准压缩系数的10%;计算先期固结压力时,低压缩性土可采用能量法,中、高压缩性土可采用卡萨格兰德法Harris模型、Gaussian模型与能量法;先期固结压力与温度呈负相关关系;在25～80℃范围内,初始温度越高,升温使先期固结压力降低越快。     

饱和黏性土蠕变变形试验研究

结合苏锡常地区地面沉降研究,用单向固结仪研究饱和黏性土在复杂荷载作用下的蠕变变形特征。试验土样取自苏锡常地区第2弱透水层。研究结果表明,在初次加载时黏性土具有明显的蠕变性,在双对数坐标中蠕变变形与时间呈直线关系,且直线斜率随荷载水平增大而减小,但在荷载水平达到一定值后斜率变化不大;在初次卸载时黏性土仍有明显的回弹蠕变,特别是在卸载水平较高时,卸载回弹蠕变变形与应力和时间的关系仍可用幂函数表示;在循环荷载作用下,加卸载达到变形稳定的时间随循环次数增加而减小。当循环荷载最大值小于土样的先期固结压力时,土样在2次加卸载循环后达到弹性变形状态;当循环荷载最大值等于土样的先期固结压力时,土样在5次加卸载循环后达到弹性变形状态。     

黄土边坡开挖后强度变化规律研究

在室内对52个原状土样进行卸荷条件下的直剪试验,测定不同先期固结压力下卸荷土体在不同滞留时间的抗剪强度值,试验结果表明:不同先期固结压力下原状土体卸荷后,在相同的卸荷滞留时间下卸荷后土体的抗剪强度随着先期固结压力的增大而增大;当先期固结压力为200 KPa时,土体的抗剪强度是随着滞留时间的增加而减小的,在卸荷5～7 d后强度就不再明显下降。利用试验结果以某高速公路高边坡为研究对象进行了稳定性分析。     

用快速固结试验测定土的先期固结压力的研究

一、前言地基土的先期固结压力P_c测定,为判明土层的应力历史、压密状态与固结程度,应用于建筑物(构筑物)地基的沉降,强度与稳定,土压力及桩的承载力等分析以及高层建筑、重型厂房和大坝地基设计依据,对此早已引起国内外岩土工程研究者和工程技术人员的重视,并进行了大量的研究。实践证明,只要保持土样结构的原状性,按常规方法可以通过室内单向慢固结试验(间隔24小时逐级加荷)的测试结果,获得符合实际的先期固结压力P_c值。本文介绍采用快速固结试验,以次固结压缩指数C_a为依据,推算次固结增量的校正方法,经对上海浅层地基软粘土和埋藏较深的暗绿色硬土层以及予设先期固结压力的人工制备土,进行了快速试验与正常慢固结试验的研究,试验结果证实使用本文提出的校正公式取得了良好的效果。这样可以缩短试验周期(正常慢固结试验以求P_c需要8～13天左右时间,而用快速固结法修正只需2天时间)提高仪器设备周转率。     

花岗岩残积粘性土加、卸荷抗剪强度分析

以广州地区花岗岩残积粘性土为研究对象,通过击样法制备特定含水量试样,在不同压力下进行固结加、卸荷试验,对比分析试验数据,初步研究加、卸荷状态下花岗岩残积粘性土的抗剪强度变化,探寻先期固结压力、含水量与抗剪强度间规律。重塑残积土抗剪强度随含水量增加而减小;在先期固结压力相同的条件下,卸荷相对加荷试验条件下的土体强度显著减小,且减少值随残积土含水量的增加而逐渐减小,故在基坑开挖等卸荷工程项目中,应充分考虑卸荷对土体抗剪强度的影响,在卸荷工程中采用土体卸荷抗剪强度指标更符合工程实际。     

天然沉积结构性土的次固结变形预测方法

结构性土存在着其特有的变形和强度特性,次固结特性也表现出明显区别于与重塑土。通过对连云港天然沉积原状土和重塑土进行一维压缩次固结试验,研究了典型结构性土的次固结特性。试验结果表明,土体由于受结构性影响,结构破坏前后其次固结特性发生明显变化;结构屈服前（固结压力小于固结屈服压力）不发生次固结变形或次固结变形甚微;当土体处于屈服状态时,土体次固结变形突然增大,次固结系数Cα出现峰值;结构屈服后（固结压力大于固结屈服压力）,Cα随固结压力的增大而减小,表现为与当前的应力水平和时间密切相关的特性,应力水平对Cα的影响会随着次固结时间的增长而削弱。基于以上机制,建立了考虑结构性影响的次固结变形计算模型,该模型中Cα不仅与压缩指数Cc有关,且也与时间有关,基于该模型计算得到的Cα值和次固结变形均与试验值吻合较好。     

冻土前期固结压力的试验研究

前期固结压力 在土力学中占有重要的地位。对于融土, 是土受力历史的重要指标,与土的力学性质有着密切关系;对于冻土,由于冰和土颗粒骨架的联结使其具有一定的结构性,也应当具有类似前期固结压力的指标存在。以冻结青藏黏土为研究对象,对不同初始干重度和不同温度下的冻土试样进行 压缩试验,采用双对数法得到冻土的前期固结压力 。研究表明,这个指标尽管不同于融土前期固结压力的概念,但其对于冻土的力学性质同样具有重要意义。试验研究还发现,冻土前期固结压力与干重度和温度具有一定的关系。     

矿区深厚土层的高压固结与次固结特性

实验表明，深部土层的先期团结压力与土层沉积的历史有关；土的团结系数和渗透系数均随压力的增大而减小，并在高压下趋于稳定；当压力小于先期团结压力时，土的次团结系数与压力关系不大；当压力大于先期固结压力时，次团结系数随压力的增大而增大。     

非饱和土化学-水力-力学耦合行为数值模拟

在描述非饱和土力学本构行为的Gens-Alonso模型[1]的基础上,结合化学浓度对前固结压力的软化公式[2],并考虑了化学浓度对黏聚力的软化作用,建立了描述非饱和土化学-水力-力学耦合行为的本构模型。对包括化学-水力-力学本构关系、流体流动和污染物传输的控制方程的平衡方程组进行有限元离散,并采用此非饱和土化学-水力-力学耦合行为的数值模型对非饱和土中隧道周围化学-水力-力学耦合过程进行了模拟,对纯粹的力学响应、弹性化学力学响应、弹塑性化学力学响应 3 种情况进行了分析,数值结果显示了化学浓度作用下隧道周围的体积变化量和应力状态比单纯的力学响应有较大的提高,隧道表面的收缩量也有明显的增大。数值模拟的结果显示了该方法对模拟非饱和土复杂的耦合行为的可行性。     

温州浅滩淤泥固结系数与固结应力关系研究

固结系数在软土压缩过程中并非常数,其变化规律与土体的工程特性、先期固结压力、有效固结应力等因素有关。当固结应力小于土体的先期固结压力时（ ）,随着应力的增加,固结系数减小;当固结应力达到其先期固结压力时（ ）,固结系数取最小值;当固结应力超过先期固结压力后（ ）,随着应力的继续增加,淤泥固结系数又逐渐增大。温州淤泥的固结系数与固结应力之间存在显著的双对数（ln( 或 )- ）线性相关性,其分段拟合公式在先期固结压力 的前后分为两段。利用“改进的门田法”求解的淤泥层在压缩过程中,固结系数的变化规律,进一步说明和验证了这一结论。利用双对数拟合公式可较准确推求整个加载过程中淤泥的固结系数,为固结沉降计算提供重要的参数。     

确定先期固结压力的数学模型法

地基土的先期固结压力是判断土体应力历史的一个指标。在不同应力历史状况的土体变形分析中它也是一个重要的计算参数。因此,方便、准确地确定先期固结压力就显得尤为重要。依据理论研究和试验分析,提出了一种新的确定方法：数学模型法。润扬大桥土样试验的结果证明了此法的可行性。     

考虑循环变温的软土热固结模型

在能源岩土工程发展需求背景下,土体工程特性的温度效应研究受到了国内外学者的广泛关注。针对现有关于循环变温热固结理论研究的不足,提出考虑循环变温条件下土体先期固结压力随温度循环次数变化的关系式,计算多次循环变温后软土的固结压缩量。在此基础上,推导考虑循环变温的太沙基固结修正公式,分析整个循环变温过程中孔压和固结沉降的变化规律。最后通过与单元体测试结果进行对比,验证该计算模型的可靠性。研究结果表明,在循环变温和瞬时荷载的耦合作用下,土体的沉降变形和孔压随温度循环次数的变化而变化,且影响程度与循环次数相关;新型热固结模型为涉及循环变温的岩土工程问题分析提供了一定的理论支撑。     

Preconsolidation stress in the Vega Baja and Media areas of the River Segura (SE Spain): Causes and relationship with piezometric level changes

Preconsolidation stress (σ′_p) is the maximum effective stress that a soil has suffered throughout its life. From a geotechnical point of view, preconsolidation stress has a great importance because it separates elastic and reversible deformations from inelastic and only partially irreversible deformations and marks the starting point of high compressibility. This study calculates the preconsolidation stress for 139 undisturbed soil samples from the Vega Baja and Media of the Segura river (SE Spain), using the uniaxial consolidation test and applying the method proposed by Casagrande while using a novel analytical procedure proposed by Gregory et al. [Gregory, A.S., Whalley, W.R., Watts, C.W., Bird, N.R.A., Hallet, P.D., Whitmore, A.P., 2006. Calculation of the compression index and precompression stress from soil compression test data. Soil and Till. Res., 89, 45–57] to avoid subjective interpretations of maximum curvature point. The results show overconsolidation ratio (OCR — the ratio of preconsolidation stress to current natural overburden stress) values for the 10–15 m depth of soil varying from 2 to 14 and maximum preconsolidation stresses above 800 kPa. The main causes of calculated preconsolidation identified are desiccation due to seasonal drying and wetting cycles that have induced additional stresses always lower than 42 kPa for the more superficial samples. Water level decline due to the reduction of recharge suffered by the aquifer system during periods of drought and the uncontrolled withdrawal of water is considered to be the second cause of anomalous OCR values. This second cause induces low stresses to the more superficial layers (lower than 41 kPa) that can reach values higher than 150 kPa for the deeper layers for known water level decreases. In consequence, the soils of the Vega Baja and Media of the Segura river are highly overconsolidated for the first 5 m, decreasing gradually with depth to 10–15 m deep. For samples located deeper than 15 m the soils seem to be underconsolidated, probably due to the existence of confined aquifers that cause deviations from a hydrostatic and linear pore pressure model. This fact has a huge practical significance which implies that deformations affecting superficial layers are lower than those expected for deeper layers for the same load.     

福州地区结构性软土次固结试验研究

为研究福州地区浅层软土的结构性特征,特进行了一组原状土和相应的重塑土的一维固结试验。通过原状土和预压后软土的一维次固结试验,探讨了软土的次固结特性。试验结果表明,原状土和重塑土的固结曲线明显不同,说明福州地区浅层软土具有结构性;原状土主次固结的划分以及次固结系数Cα与结构强度有关,经预压结构破坏以后土样的主次固结分界及次固结系数Cα主要受预压荷载Pp影响。