Consolidation and creep behaviors of two typical marine clays in China

This paper presents an experimental investigation into the deformation characteristics of two typical marine clays obtained from Dalian and Shanghai, respectively, in China. Three kinds of laboratory tests, i.e. conventional oedometer tests, one-dimensional and triaxial creep tests were carried out. The results obtained from consolidation tests demonstrate linear v e ？ log？ relationships for Shanghai clay at normally consolidated state, while partly or even global non-linearrelationships for Dalian clay. The compression index c C for both clays follows the correlation of Cc=0.009（WL-10）where WL is the liquid limit of soil. The relationship between v log Kv （ Kv is the hydraulic conductivity of soil） and voidratio e is generally linear and the hydraulic conductivity change index kv C can be described by their initial void ratio forboth clays. The secondary compressibility of Dalian clay lies in medium to high range and is higher than that of Shanghaiclay which lies in the range of low to medium. Furthermore, based on drained triaxial creep tests, the stress-strain-timerelationships following Mesri＇s creep equation have been developed for Dalian and Shanghai clays which can predict thelong-term deformation of both clays reasonably well.     

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。     

易破碎粒状材料本构研究

粒状材料被广泛地应用到土木工程的各个领域。大部分粒状材料在外力作用下较容易产生颗粒破碎,颗粒破碎对材料的力学性能有很大的影响。为了更好地描述易破碎粒状材料的力学特性,基于弹塑性力学和临界状态土力学开发了一种能够考虑颗粒破碎效应的本构模型。此本构模型能够考虑在剪应力和压应力作用下引起的颗粒破碎对粒状材料力学性能的影响。为了考虑颗粒破碎的影响,基于对Cambria 砂的高压试验,得出了临界状态线位置与消耗塑性功之间的关系,并称之为“破碎方程”。此本构模型拥有双屈服面,分别考虑剪切和等向压缩产生的塑性变形。通过试验结果与数值计算结果的对比得出,新的本构模型能较好地描述易破碎粒状材料的力学特性     

颗粒级配对粒状材料不排水力学特性的影响

为了研究颗粒级配对粒状材料不排水力学特性的影响,采用两种形状自相似度很高的材料（玻璃球和Hostun砂）进行了一系列传统三轴不排水压缩试验。对于每种材料,保持相近的相对密实度制作了6个不同颗粒级配（不均匀系数 1.1～20）的试样,然后进行剪切。试验结果表明,颗粒级配对粒状材料的不排水力学性能存在明显影响：两种材料试样的偏应力水平随着不均匀系数的增加而降低,抗剪强度随着材料的不均匀系数 的增加而降低,并在 5后呈现出趋稳势态。基于不排水剪切试验中颗粒集合体二阶功的演化规律,对材料受荷载过程中出现不稳定性的条件进行分析。结果表明,在相同密实度下,粒状材料的静态液化潜能随着材料不均匀系数 的提高而增强,高不均匀系数的材料变得不稳定。     

各向异性砂土渗流潜蚀流体动力学-离散元流固耦合分析

针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题,引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型,实现非球形颗粒的计算流体动力学（computational fluid dynamics,简称CFD）和离散元（discrete element method,简称DEM）的双相耦合。通过与单颗粒下沉试验的对比,验证了该数值方法在解决异形颗粒与流体相互作用时的适用性。在此基础上,生成具有不同沉积方向和不同细粒含量的初始各向异性试样,模拟向上渗流潜蚀试验,并在试验中监测细粒流失量、强弱力链组成以及颗粒组构变化等宏微观特性,研究不同充填状态下（欠填充和过填充）不同组构各向异性土体渗流潜蚀特征。之后,对受潜蚀前后的试样进行了排水三轴试验,探究渗流对土体强度弱化的影响。结果表明,过填充试样质量损失随着颗粒沉积角度的增大而增大,而欠填充试样质量损失随沉积角度先增大后减小;欠填充试样细粒损失主要来源于低连通性细颗粒,而对于过填充试样,潜蚀则会导致低连通性和高连通性细颗粒数量同时减小。此外,三轴试验表明,潜蚀致土体峰值强度发生显著弱化,且峰值强度随沉积角度的变化也会受到土体充填状态的影响。     

内部侵蚀对地下结构影响的数值分析：在隧道渗漏问题上的应用

当地下水从衬砌接缝或裂缝进入隧道时,土体中的细颗粒会在渗流作用下从土体骨架上脱落流入隧道内,这种现象被称作内部侵蚀。然而,当前对隧道渗漏问题的研究中,并没有考虑土体细颗粒流失对隧道结构及周围土体的影响。因此,在连续介质力学框架下开发了一个两相四组分模型,以描述内部侵蚀过程及其引起的土体孔隙度、细颗粒含量及渗透系数等变化;结合一个与颗粒级配相关的非关联临界状态弹塑性本构模型,将细颗粒含量的变化与土体孔隙率、密实度及临界状态线的空间位置相关联以考虑内部侵蚀对土体力学性质的影响。研究结果表明,本模型可以描述隧道渗漏引起的侵蚀区域的时空演化全过程,而基于孔压降低的分析方法会低估渗漏引起的衬砌内力和地层变化。此外,研究还发现三维条件是准确模拟土体内部侵蚀过程的一个重要因素。     

粗粒土边界面塑性模型及其积分算法

粗粒土的强度、变形特性对土石坝、边坡和路基等工程的安全性与稳定性有着至关重要的影响。针对粗粒土在复杂应力状态下的强度和变形特性,在边界面塑性理论和临界状态理论框架下,通过引入状态参数和动态临界状态线建立了粗粒土状态相关边界面塑性模型。模型不仅能够模拟粗粒土的应变硬化和体积收缩行为,还能描述应变软化和体积膨胀特性。基于ABAQUS的二次开发平台,结合带误差控制的改进欧拉积分算法编写了边界面塑性模型的UMAT子程序。通过设置不同的应变增量步和误差容许值,对改进欧拉积分算法的精确性和收敛性进行了分析。对不同密实状态和围压下粗粒土三轴排水剪切试验进行了模拟,验证了带误差控制的改进欧拉积分算法应用于粗粒土边界面塑性模型的合理性,为进一步工程应用奠定了基础。     

砂土中螺纹桩承载特性的模型试验研究

通过室内模型试验,研究砂土中螺纹桩的竖向承载特性,比较分析螺纹桩与普通直桩承载性能的差异以及螺距对螺纹桩承载力的影响。静载荷试验后进行一系列土工试验,研究桩周土的物理力学性质。试验结果表明,在相同条件下螺纹桩的极限承载力约是普通直桩极限承载能力的1～4倍,极限状态下的平均桩侧阻力是普通直桩的3~4倍;在一定范围内,随着螺距的减小,螺纹桩的桩侧阻力可以得到有效的发挥,极限承载能力和控制沉降的能力逐渐增强。     

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。