预压作用下软土微观结构试验及弹黏塑性模型研究

为了揭示软土固结蠕变机制,计算软基“工后沉降”,开展了室内模拟真空、堆载以及真空-堆载联合预压加固软土的固结蠕变三轴试验及三轴试验前、后的微观结构试验。建立了能考虑微观结构改变的弹黏塑性(EVP)软土蠕变模型。研究结果表明：原状软土样在真空预压、堆载预压、联合预压3种预压荷载作用下,固结过程和蠕变过程具有耦合效应;土体微观结构参数的改变与宏观工程性质的改变具有相辅相成的关系;EVP模型弱化了具体应力路径的变化,其反映弹性的参数和反映黏塑性的参数可由微观结构参数确定;改进的EVP模型既能计算土体的弹黏塑性变形,也考虑了土体微观结构的变化,能更全面地反映土变形的实质。     

真空联合堆载预压加固桥头软基的沉降监测分析

根据浃里陈大桥桥头试验段的地表沉降与分层沉降的现场监测结果，对真空联合堆载预压加固软基中的地表沉降以及分层沉降随时间与空间的变化规律进行了分析，表明该方法能大幅度减少工后沉降量，达到防止“桥头跳车”的作用。     

各向异性弹黏塑性模型在ABAQUS中的研发

通过将Perzyna过应力理论与临界状态理论相结合,并引入Wheeler旋转硬化法则,提出一个能描述土体初始各向异性及应力诱发各向异性的三维弹黏塑性本构模型。模型考虑流变发生的下限,在三维应力空间,模型存在形状相似的静屈服面及动态加载面。采用缩放形式的幂函数。本构模型数值算法采用回映算法,借助ABAQUS软件UMAT子程序接口实现。并通过对三轴不排水蠕变试验的模拟,确定合适的积分步长。此后,分别对三轴不排水蠕变试验及常应变率三轴不排水剪切试验进行了模拟。模拟中通过设置不同参数值,可将模型退化为各向同性模型,并对这两种模拟结果进行了比较。模拟结果表明：(1) 对于三轴不排水蠕变,在低剪应力水平下,各向同性模型和各向异性模型模拟的结果相差不大,而在高剪应力水平下,各向异性模型模拟结果更接近试验结果;(2) 对于常应变率加载试验的模拟,模型合理反映了土体不排水强度随着加载速率的增大而增大现象。     

基于西原模型的圆形隧道黏弹-黏塑性解析解

基于西原模型,假设黏塑性体的偏应变张量的一阶导数与瞬态偏应力张量和稳态偏应力张量之差成正比,得到围岩黏塑性区的本构方程。采用拉普拉斯变换与逆变换,推导了圆形隧道黏弹-黏塑性解析解。当 时,该解退化成线弹性本构模型的解答;当 时,该解退化成理想弹塑性本构模型的解答。通过工程实例,分析了围岩位移场、应力场和黏塑性区半径随时间的变化规律。当支护力保持不变时,围岩不同位置位移、围岩黏塑性区半径将随时间增长而持续增大并趋于稳定;围岩黏弹-黏塑性特征对径向应力和黏弹性区切向应力影响较小,对黏塑性区切向应力影响较大,越靠近洞壁处,切向应力随时间变化越剧烈。此外,不同支护力作用下洞壁处的切向应力在支护初期均较大,因此应采用及时支护的策略;考虑到围岩黏弹-黏塑性特征对支护力的影响,建议采取让压支护技术以保证围岩和衬砌的稳定性。     

一个描述软黏土时效特性的一维弹黏塑性模型

为了描述软黏土一维应力-应变关系的时效特性,基于Bjerrum的等时间线体系,提出等黏塑性应变率线概念,推导了黏塑性应变率与黏塑性应变增量的关系,建立了软黏土的一维弹黏塑性模型;从理论上分析了新建模型与3种典型的一维弹黏塑性时效本构模型的内在联系,表明新建模型与其他3种模型在本质上是等效的,且形式更简洁,物理意义更明确;利用新建模型对软黏土的固结-蠕变耦合效应、应变率效应、应力松弛效应等时效特性进行了理论分析,并得到了相应的解析解;结合宁波软黏土的一维固结试验,阐述了模型参数的确定方法,并用新建模型对宁波软黏土的固结-蠕变试验、温州软黏土的一维多级等应变率试验、香港海相软黏土的一维应力松弛试验进行模拟,验证了新建模型的有效性。研究结果表明,新建模型能很好地模拟软黏土的一维时效特性。     

真空预压软基处理沉降监测分析

在天津滨海新区某真空预压处理现场进行了地面沉降和分层沉降监测,地面沉降总量80～160mm左右,由工前沉降和施工沉降组成;分层沉降监测资料揭示了沉降量主要产生在吹填土和海相沉积软弱地层中,而且埋设分层沉降观测设施在软弱地层形成的扰动带,会产生难以避免的误差。由于塑料排水带的存在,增加了真空预压场地中软土的渗透性,通过理论推导和具体算例,提出了利用沉降观测资料计算土体固结度需考虑其瞬时沉降,建议计算采用地基处理手册相关公式为宜。     

砂井排水堆载预压软基处理的工程实践

对厚度10.5~13.8m、埋深2~17m、高含水量、高压缩性、低强度及欠固结的不能满足公路工程建设工后沉降量要求的软基路段进行了砂井排水堆载预压法地基处理;采用分层综合法等理论方法,通过对地基处理前后地基沉降量的计算和预压处理工程中地层固结度的计算,并与预压过程中分层沉降量观测成果进行对比分析,预压处理后的地基工后沉降量可满足规范要求,达到了预期目的。     

三角形周期荷载作用下软基路堤沉降研究

采用能够同时考虑主次固结变形的Yin-Graham一维弹黏塑性模型,对三角形周期荷载作用下软土路堤运行期间和运行期结束时的长期沉降进行了理论分析,获得三角形周期荷载作用下软基路堤运行期结束时的总沉降计算公式和工后沉降计算公式。分析了三角形周期荷载作用下软基不考虑流固耦合与考虑流固耦合时长期沉降之间的相互关系,证明了三角形周期荷载作用下当循环荷载次数趋向于无穷大时软基具有最终沉降量与应力随时间增长的模式无关的性质。按照文中提供的总沉降计算公式,针对具体工程的土工参数,对路堤运行期结束时的总沉降量进行了计算,并由此确定运行期开始时软基应发生的沉降量,为合理确定高速公路路面铺筑时机提供沉降标准。     

考虑Hansbo渗流的饱和黏土一维弹黏塑性固结分析

为进一步深入探讨饱和黏土的固结机制,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述饱和黏土变形的弹黏塑性,以及Hansbo渗流方程描述固结过程中的非Darcy渗流,修正了饱和黏土一维固结方程,并利用有限差分法进行了求解。通过与文献中一维流变固结试验结果和理论计算结果的对比,验证了所提计算方法和UH模型的适用性。然后探讨了Hansbo渗流参数及UH模型参数对流变固结过程的影响。计算结果表明:土体的黏滞效应是引起流变固结初期地基不排水面附近出现孔压升高现象的主要原因,而渗流的非Darcy特性增强了这一效应,同时土体的这两个特性还延缓了固结中后期饱和黏土地基中孔压的整体消散和地基的沉降。另外,随着回弹指数和超固结参数的增大,或渗透指数的减小,上述流变固结特性更加明显。但是Hansbo渗流参数和渗透指数对地基最终沉降量均无影响。     

京珠公路东西湖段软基沉降分析与控制

通过理论分析与现场观测相结合,对京珠高速公路东西湖段软基沉降进行了分析。采用等效地基固结系数法,进行了比奥固结平面有限元分析,结合现场观测,及时对工后沉降进行了预测,并施加超载对工后沉降进行了控制。观测资料表明,沉降预测值与实测值比较接近,工后沉降得到了有效控制。     

超载预压处理软土的次固结特征及沉降计算

为了研究超载预压软土的次固结特征,分析超载预压处理软土地基的工后沉降,文章考虑应力历史对软土结构性的影响,模拟现场工况,对重塑洞庭湖软土试样进行超载预压后再压缩的一维固结蠕变试验。研究结果表明:经过超载预压的软土卸荷后再进行加载,压缩变形过程中主固结时间明显缩短,约为未经超载预压处理软土主固结时间的1/3,打设排水竖井对软土主固结时间几乎没影响;预压荷载越大,次固结系数越小,超载预压有利于消除软土的次固结沉降;随着建（构）筑物荷载的增加,次固结系数增大;打设排水竖井,未经预压处理软土的次固结系数略有增加,经过超载预压处理软土的次固结系数略有减小,但影响效果不是很明显。考虑应力历史,引入超载增量比,发现次固结系数与超载增量比呈线性递减关系,建立了相应的计算模型,提出了次固结沉降计算公式。试验及分析结果对预压处理地基的设计和施工具有一定的指导意义。     

关于真空预压沉降计算的研究

真空预压的沉降计算参数（压缩系数）是通过压缩试验得到的,但地基土在真空预压荷载作用下的受力状态与压缩试验中土样的受力状态是不同的,用压缩试验得到的压缩系数进行真空预压处理的沉降计算是不合理的。为了探讨这个问题,进行线弹性条件下的理论分析、模拟真空预压应力路径的全自动应力控制三轴（GDS）压缩试验、真空预压的现场监测等工作,初步讨论了弹性条件竖向荷载相同时等向与单向压缩量的比、模拟真空预压应力路径的压缩系数与单向压缩时的压缩系数的试验关系,真空预压现场监测和单向压缩量计算结果对比表明了上述分析的合理性。     

真空联合堆载预压处理深厚软土地基的施工与监测方法研究

对于深厚软土地基,采用真空联合堆载是一个经济合理的地基加固方法,但如果施工方法不当会影响加固效果。在堆载过程中应加强现场监测,以对地基的加固效果和施工期地基的安全进行监测。结合某工程真空联合堆载预压处理软土地基,对真空联合堆载预压施工与监测方法进行研究与介绍,其成果可供类似工程参考。     

超载预压加固软土路基效果数值分析

利用超载预压法处理软土地基,在确定超载预压高度与预压时间时,很少考虑软土蠕变的影响。结合武英高速公路软土路基处理工程实例,考虑软土蠕变特性,采用有限元软件ABAQUS对超载预压软土路基中超载预压高度与沉降关系、超载预压高度与超载预压时间关系进行计算,并与实测结果对比分析。结果表明,软土路基超载预压沉降分析中考虑软土蠕变是必要的,软土路基的沉降随着超载预压高度的增加而增大。在一定范围内,随着超载预压高度的增加,超载预压时间越短,但二者并非线性关系。在路基稳定的前提下,存在一个最佳的超载预压高度,使得超载预压时间最短。     

修正的威布尔模型在沉降预测中的应用研究

地基沉降预测一直是岩土工程中的一个热门问题。针对传统的指数曲线预测模型存在的不足,对其进行了分析与改进,提出了更具有一般性的威布尔曲线模型,并通过工程实例验证了该模型的合理性与准确性。发现所提出的模型对路基沉降的预测结果精度高,具有一定的参考和使用价值,最后指出了需进一步研究的问题。     

软土地基沉降速率的分析研究及其应用

本文利用Terzaghi一维固结理论推导出了在主固结阶段沉降速率与沉降、剩余沉降及固结时间的关系。结果表明，沉降速率与沉降、剩余沉降均呈线性关系，沉降速率的对数与固结时间成正比。根据这些函数关系，就可推算出最终主固结沉降、剩余沉降以及固结时间，为工程施工提供理论依据。本文还结合了工程实例，论证其可行性。     

成层软黏土地基的固结沉降计算分析

针对实际工程中软黏土地基的成层特性及竖井有时并未打穿软土层情况,采用太沙基一维固结理论和巴伦固结理论的基本假定,利用固结度联系孔压与变形,提出一种简化成层软黏土地基的固结沉降计算方法,对竖向排水地基的固结度及沉降等进行预测。对计算的几个关键问题进行探讨：如固结系数的反演选择、竖井未打穿土层时,竖井底部成层地基固结度计算、压缩土层厚度选取等问题。在上述理论的基础上,用FORTRAN语言编写排水竖井固结程序CONSOL,在工程实践中得到应用,取得良好的效果。     

无单元法在高速公路沉降计算中的应用研究

无单元法是一种新型数值计算方法，它只需要节点相关信息就能建立离散模型。笔者首先介绍了不等阶多项式基的径向点插值法基本理论，接着将其应用到分级施工下的软基高速公路断面沉降计算中，推导出此类问题的系统矩阵方程，并与有限元法解进行了分析对比.结果表明：该法不但计算精度高，而且在求解路堤分级施工的这类移动边界问题的沉降时，比有限元法更方便，故在工程实践中将具有广阔的应用前景。     

软基深埋涵洞土压力和沉降的三维有限元分析

通过软基坝下深埋涵洞的三维有限元计算,对涵洞的土压力及沉降问题进行了分析研究。研究结果表明： （1）在洞顶采用减荷措施时,洞顶竖向土压力明显减小,减荷效果比较显著;而对洞体的最大不均匀沉降率基本没有影响,涵洞周边土压力的分布特征与无减荷时也是相同的。（2）洞基处理深度变化对洞体附近的应力有影响,且随处理深度的增大,洞顶竖向土压力和洞侧面水平土压力分别有缓慢增大和缓慢减少的趋势。（3）洞底沉降随处理深度的增大而有微弱的减小,但不均匀沉降均小于0.5 %,且从总体上看,其量值对工程的影响并无本质的差异,对洞基不进行处理时,洞基的不均匀沉降少许的增大不会对涵洞造成危害。