静压沉桩与CPTU贯入离心模型试验及机制研究

为了探究静压沉桩与CPTU贯入力学机制,开展了饱和黏土中静压沉桩及CPTU贯入的离心模型试验,获得了静压沉桩与CPTU贯入过程中土压力、超孔压和贯入阻力的变化规律。同时,将静压桩和CPTU压入过程视为一系列球孔的连续贯入,应用圆孔扩张解答,建立了静压沉桩和CPTU贯入过程中锥头阻力、侧阻力与超孔压的预测方法。通过离心模型试验和理论预测结果的对比分析表明：随着桩体的压入,桩周土体的超孔压和土压力均逐渐增大,当桩头通过监测点时,超孔压与土压力均达到最大值;在饱和黏土中,CPTU锥头阻力、锥侧摩阻力和锥头超孔压与锥头贯入深度总体上呈线性关系。预测方法估算沉桩和CPTU贯入引起的土压力、超孔压与模型试验结果相符,较好地反映了饱和黏土中静压沉桩和CPTU贯入的力学机制。     

全流触探贯入技术在海洋岩土工程中的应用研究综述

海床覆盖着的深厚软土具有灵敏度高、强度低、承载力低等特点,传统的孔压静力触探技术（CPTU）不能获取准确的参数,因此全流触探贯入技术（Full Flow Penetration）逐渐发展起来。全流触探贯入技术针对软土的特征进行了优化,增大了探头投影面积可以提高贯入阻力的准确性,改变探头形状可以通过循环贯入试验剪切将土体重塑,这种新技术能够很好地获取和采集测试点的基本参数,对于土层的划分有着较好地适用性,并能通过计算得到土的基本物理力学指标,对于工程地质评价有较高的准确性。本文通过对全流触探贯入技术的种类、方法、贯入机理以及参数估算进行分析,总结了全流触探贯入技术的优缺点和适用范围,展望了未来全流触探贯入技术的发展方向。     

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。     

软土中T型触探仪贯入阻力的数值模拟

T型触探仪近年来在国外的海洋软土地基原位测试中得到了广泛应用,但贯入速率、地基土强度的各向异性与渐进软化等因素对于贯入阻力的影响没有得到系统的研究。在大型有限元软件ABAQUS平台上进行二次开发,针对基于Tresca屈服准则的理想弹塑性模型进行了相应改进,使之可以比较合理地反映上述因素的影响,进而对软土中T型触探仪的贯入机制进行了比较系统的数值分析。计算结果表明,贯入速率、地基土强度的各向异性与强度软化效应对于T型触探仪的贯入阻力系数影响较大。通过与有关极限分析上限解的对比分析,在一定程度上验证了有限元分析结果的合理性。     

静压桩沉桩过程中贯入机理理论研究进展

在静压桩的理论研究中,分析静压桩沉桩过程中贯入特性所面临的首要难题是明确静压桩贯入机理.本文以分析静压桩沉桩过程中贯入机理为基础,对静压桩沉桩的3种理论分析方法——圆孔扩张理论、应变路径法和有限元分析分别进行了总结与分析,指出了目前研究静压桩贯入机理所存在的不足,并提出了对贯入机理研究的若干建议与认识.建议在传统的圆孔...     

超微型贯入仪的研制及其应用

为了解和掌握非饱和土中团聚体的分布和强度,自行研制了一台SMP-1型超微型贯入仪。首先介绍了该仪器的工作原理和组成,并以面团和石灰改性膨胀土为贯入试样,对该仪器测试结果的有效性和正确性进行了验证。测试结果表明,该仪器可以获得贯入探针刺入端阻力与刺入深度间的关系曲线,以及团聚体在三维空间上任一纵、横剖面内的强度分布等值线图,可显示出试样内部丰富的结构性和不均匀性信息。该超微型贯入仪的研制成功为研究工程土体中团聚体分布及其内部结构和强度提供了一个新的手段。     

微型贯入仪在长春黄土状土地基勘察中的应用

本文简要介绍了贯入试验及利用贯入试验测求土的工程地质性质指标的基本原理;通过对长春市一般建筑物主要持力层的黄土状土的微型贯入仪试验与室内土工常规试验的对比分析,经数理统计,建立了贯入阻力与土的有关工程地质性质指标的相关方程。这些相关关系,可用来快速划分土的稠度状态、土的压缩性及确定地基的承载力,对在本地区推广和使用微型贯入仪试验具有一定促进作用。     

非饱和红黏土的强度特性研究

红黏土是一种富含胶结作用物质的塑性黏土,与普通黏性土相比,红黏土的强度特性更为复杂。通过直剪仪对不同含水率和不同含丙三醇溶液的重塑红黏土进行了抗剪强度试验,发现红黏土的强度、黏聚力随着溶液含量的增加出现了“双峰”值现象,且内摩擦角基本保持不变,用丙三醇溶液替代水溶液配制的土样其强度有了明显的降低。结合核磁共振仪对红黏土试样的孔径分布研究情况,基于Bishop提出非饱和土的有效应力原理,探讨了非饱和红黏土的强度随含水率变化出现“双峰”现象的影响机制,认为红黏土本身孔径大小分布特征起了非常重要的作用。     

针贯入仪在软岩强度测试中的应用

软岩强度较低,结构松散,难以加工成标准试件测其单轴抗压强度,为解决这一工程实践难题,引入了日本的一种通过测试软岩针贯入指标间接推算其抗压强度的试验仪器——针贯入仪。首先简要地介绍了针贯入试验的仪器装置、操作过程、注意事项以及数据处理方法,然后运用该仪器在现场和室内分别对不同软岩进行强度测试。统计分析测试结果表明,测试数据离散性大小与岩性均一程度、结构面分布情况密切相关。最后,选取了一组软岩岩样进行针贯入和点荷载对比试验,计算得出两种试验结果相差不大。因此,采用针贯入仪测试软岩强度是合理可行的,可在软岩工程中推广使用。     

非饱和土渗流与变形耦合问题的有限元分析

基于多孔介质力学原理,建立能模拟非饱和土两相流动与变形耦合问题的理论模型。利用Galerkin法对控制方程进行离散,得到控制方程的有限元计算格式。在此基础上,自主开发了有限元计算程序U-DYSAC2,并对Liakopoulos两相流动试验这一经典算例以及重非亲水相流体（DNAPL）在饱和多孔介质中迁移的离心模型试验进行了数值模拟。计算结果表明,理论预测与试验结果基本吻合,验证了所提出的分析方法在模拟非饱和土渗流以及变形问题时的有效性,从而为定量研究饱和-非饱和渗流以及变形问题提供了一条有效途径。     

Deformation analysis of shallow penetration in clay

A new method of analysis is described for estimating the deformations and strains caused by shallow undrained penetration of piles and caissons in clay. The formulation combines previous analyses for steady, deep penetration, with methods used to compute soil deformations due to near-surface ground loss, and is referred to as the Shallow Strain Path Method (SSPM). Complete analytical solutions for the velocity and strain rates are given for a planar wall, an axisymmetric, closed-ended pile and unplugged, open-ended pile geometries. In these examples, the analyses consider a single source penetrating through the soil at a constant rate, generating a family of penetrometers with rounded tips, referred to as simple wall, pile and tube geometries. Soil deformations and strains are obtained by integrating the velocity and strain rates along the particle paths. The transition from shallow to deep penetration is analysed in detail. Shallow penetration causes heave at the ground surface, while settlements occur only in a thin veneer of material adjacent to the shaft and in a bulb-shaped region around the tip. The size of this region increases with the embedment depth. Deformations inside an open-ended pile/caisson are affected significantly by details of the simple tube wall geometry. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

In-situ testing of Singapore marine clay at Changi

The Changi East Reclamation Project in the Republic of Singapore comprises of the ground improvement of marine clay with the installation of prefabricated vertical drains and subsequent surcharge placement. Prior to the commencement of land reclamation works, a series of in-situ tests were conducted in marine conditions with the use of various in-situ testing equipment. The In-Situ Testing Site was located in the Northern area of the project where the thickest compressible marine clay layers existed. The in-situ tests carried out were with the field vane, piezocone, flat dilatometer, self-boring pressuremeter and BAT permeameter. In-situ tests were conducted to determine the undrained shear strength and overconsolidation ratio of the marine clay. In-situ dissipation tests provide a means of evaluating the in-situ coefficient of horizontal consolidation and horizontal hydraulic conductivity of soft soil and were used to estimate these properties of Singapore marine clay at Changi.     

离心模型挡土墙试验设备的研制

土压力问题是土力学和岩土工程领域的基本研究课题。土压力离心模型试验是验证土压力计算方法和研究土压力形成物理机制的有力工具。笔者研制开发的土压力离心模型试验设备,可用于刚性挡墙的静止土压力和平动模式下主动侧土压力的研究。该设备采用电机作为驱动系统,使得挡墙能够缓慢均匀地位移;配备有控制挡墙位移的自动控制系统,使得挡墙在离心加速度增大的过程能够保持静止状态。针对填土面水平、墙后填土为砂土的情况进行了离心模型试验,测量了墙背土压力及填土位移场随挡墙位移量的变化。试验结果规律好,验证了设备的有效性。     

桩间土拱效应离心模型试验及数值模拟研究

抗滑桩的设计理念是采用非连续结构,利用土体自身强度形成的拱效应来达到支挡的目的。通过离心模型试验,对抗滑桩加固滑坡形成土拱效应的现象进行研究,再现了桩间土拱形成的现象及其破坏模式。根据试验现象提出两种典型的土拱破坏模式,即拱顶发生破坏和拱脚发生破坏,并提出改善拱脚受力,防止土拱拱脚发生破坏的工程措施。基于离心模型试验,采用二维颗粒流方法对桩间水平土拱的应力分布和破坏过程进行数值模拟分析,提出土拱破坏的判别标准为抗滑桩所承担的荷载发生急剧变化,此时土拱传递荷载的功能部分失效,并研究了桩间土拱承载力与桩间净距的关系。随着桩间净距的增大,土拱承载力变化的趋势并非线性的减小,当桩间净距增大到一定程度后,土拱承载力会急剧减小,由此可合理确定桩间距的范围。     

非均质与各向异性黏土基坑抗隆起稳定分析

经典的Prandtl 机构不能很好地反映支护结构入土深度的影响,也不能反映土体强度非均质和各向异性的影响。根据塑性极限分析上限定理,基于修正的Prandtl机构,推导了既可以合理反映支护结构入土深度影响,又可以反映土体强度非均质和各向异性特性的基坑抗隆起稳定的上限解公式,同时基于商业化程序的二次开发,建立了可以考虑土体强度非均质和各向异性影响的强度折减弹塑性有限元方法。通过提出的修正Prandtl机构上限解与强度折减有限元方法以及多块体上限解的对比,验证了修正机构上限解以及强度折减有限元法的合理性和可行性,最后讨论了非均质系数、各向异性系数、支护机构入土深度等因素对基坑抗隆起稳定性的影响,并通过了实例的验证,相关结论可供工程参考。     

Numerical modeling of combined effects of upward and downward propagation of shear bands on stability of slopes with sensitive clay

Modeling of progressive development of zones of large inelastic shear deformation (shear band) that results from strain‐softening behavior of sensitive clays could explain the failure mechanisms of large landslides. Because of toe erosion, a shear band can be initiated and propagated upward (inward) from the river bank. On the other hand, upslope surcharge loading could generate shear bands that might propagate down towards the river bank. In the present study, upward and downward propagation of shear bands and failure of sensitive clay slopes are modeled using the Coupled Eulerian Lagrangian approach in Abaqus finite element (FE) software. It is shown that the formation and propagation of shear bands are significantly influenced by kinematic constraints that change with displacements of the soil masses, and therefore the propagation of an existing shear band might be stopped and new shear bands could be formed. The main advantages of the present FE modeling are: (i) extremely large strains in the shear bands can be successfully simulated without numerical issues, (ii) a priori definition of shearing zones is not required to tackle severe strains; instead, the FE program automatically identifies the critical locations for shear band formation and propagation. Toe erosion could significantly increase the slope failure potential because of upslope surcharge loading. FE analyses with a thick and thin sensitive clay layers show that the global failure could occur at lower surcharge loads in the former as compared to the latter cases. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

均质黏土中圆形平板锚的抗拉承载力分析

基于网格重新生成和场变量映射的大变形有限元模型,探索了立即脱离和无脱离两种典型条件下均质黏土中圆形平板锚的抗拉承载力。与小变形有限元比较,大变形分析克服了锚周围土体初始网格畸变的不利影响,能够追踪平板锚整个拔出过程中抗拉力的变化。通过具体算例,考察平板锚表面摩擦性质和上覆土重等因素对立即脱离工况承载力的影响程度,指出有重土中深锚的承载力小于无重土中对应的承载力与上覆土重之和,其上限是无脱离条件下的承载力。计算结果表明：土重对无脱离条件下的承载力影响很小,进而给出了无脱离承载力系数与初始埋深的关系曲线。     

采用环剪仪对超固结黏土抗剪强度特性的研究

利用大型高速环剪仪,对不同超固结比、法向应力和剪切速率下的超固结饱和黏土的峰值强度和残余强度特性进行了研究,并对循环荷载作用前后残余强度的变化进行了初步探讨。试验结果表明,（1）超固结比对超固结黏土的峰值强度和残余强度有着明显的影响;（2）在剪切速率相同的条件下,土体达到残余强度时的位移取决于现存的应力状态,而与应力历史无关;（3）剪切速率越大,峰值强度随之增大,达到稳定残余强度时的剪切位移也随之增加,但剪切速率的变化对残余强度值几乎没有影响;（4）在循环荷载作用下残余强度不同程度的降低,最大降低幅度达12.2 %;当土体剪切面为不规则剪切带时,施加循环荷载后出现残余强度上升的现象。