交通荷载作用下公路软土地基长期沉降的计算

合理预测公路软土地基在交通荷载作用下产生的长期沉降,对公路的设计有着重要的指导作用。基于以往试验规律的分析,提出了一个较为合理地描述软土在长期重复荷载作用下残余变形发展过程的经验模型。通过对上海软土的循环三轴试验的模拟,初步验证了模型的合理性。对于工程边值问题,首先,根据拟静力法将交通荷载视为长期重复作用的静分布力;其次,采用弹性层状体系理论计算交通荷载在地基中引起的附加动应力;最后,将提出的模型用于计算各土层的残余应变,并沿深度对应变积分得到沉降。以日本Saga机场公路为例,说明了公路软土地基沉降的简化计算方法的有效性。     

动力荷载作用下软粘土的残余变形计算模式

在试验结果的基础上，提出了动力荷载作用下计算软粘土残余变形的模式。并将计算结果与不排水和部分排水情况下观测到的孔隙水压力及残余应变进行比较，两者具有较好的吻合性。本文所提出的计算模式可用来估算动力荷载（例如地震荷载、交通荷载）作用下建于软粘土地基上的建筑物及其它设施所产生的附加沉降。     

大面积堆载作用下滨海吹填软土地基变形特性研究

通过在大面积堆载场地设置地表沉降监测仪器,进行历时3年的现场监测,对大面积堆载作用下滨海吹填软土地基的沉降变形特性进行了分析研究,揭示了大面积堆载作用下软土地基变形特性不同于常规荷载作用下软土地基变形特性的规律,总结了大面积堆载条件下软土地基变形沉降的规律,利用数值计算方法模拟了地基沉降变形规律,分析了地基破坏模式,数值计算结果与现场监测结果有着较好的一致性,在400 kPa堆载力的作用下,最大沉降值约为1.6m。     

真空排水预压下土体变形的应力路径分析

通过室内试验, 对真空排水预压下土体变形特性进行了应力路径分析, 测定软土地基在真空预压加固后应力路径的改变对沉降量的影响, 论证真空排水预压加固软土地基不能消除其剪应力引起的剪切变形, 结合实例, 计算其后期沉降量与固结沉降量的比值, 并推算软土地基在真空预压下其最终沉降量计算公式的修正系数。     

真空排水预压下土体变形的应力路径分析

通过室内试验,对真空排水预压下土体变形特性进行了应力路径分析,测定软土地基在真空预压加固后应力路径的改变对沉降量的影响,论证真空排水预压加固软土地基不能消除其剪应力引起的剪切变形,结合实例,计算其后期沉降量与固结沉降量的比值,并推算软土地基在真空预压下其最终沉降量计算公式的修正系数.     

软土地基海堤沉降的有限元模拟

围涂工程的海堤直接坐落在软土地基上,致使地基土受到挤淤、排水固结,产生了较大的沉降量。当前计算海堤沉降基本上按照规范规定以分层沉降总和法为主,辅以软土修正系数,对工后沉降要求结合固结计算和类似工程经验等综合分析确定,对不同的设计人员往往会产生较大的计算误差。如何准确判断海积软土在海堤荷载作用下的沉降变形往往是堤防建造和围海造地等重大工程中的关键环节。为研究海积软土的变形特性,在室内试验和实测沉降的基础上,采用plaxis有限元软件对实际的工程项目全过程施工的模拟,认为采用粘性土弹塑性模型对堤坝沉降变形进行平面应变情况的模拟,沉降模拟跟实测比较接近,并能很好地模拟工后沉降,能解决由经验判断产生的较大误差。     

循环交通荷载下软土路基长期沉降理论解

基于循环交通荷载下软黏土累积塑性变形、累积孔压经验公式与分层总和法结合的方法,通过计算不排水循环累积塑性变形引起的沉降和不排水循环累积孔压消散引起的固结沉降叠加,建立了一个软土路基长期沉降拟静力计算模型。对交通荷载应力路径下的软黏土空心圆柱扭剪试验数据分析,获得了不排水累积塑性应变模型和不排水累积孔压公式的参数。基于弹性理论解积分计算交通荷载下路基中的动应力,再结合分层总和法计算了路基沉降与循环周次的关系。通过工程实例分析,对比了计算沉降结果与实测结果并与以往理论分析结果,验证了所建立模型的合理性。     

交通荷载作用下软基加筋道路变形机制研究

为研究交通荷载作用下考虑软土软化效应的软土地基加筋道路动力响应问题,以室内动三轴试验为基础,通过回归分析得到了软土在循环荷载作用下动模量衰减的经验公式,编制了用户子程序。将该公式导入有限元分析软件中,采用有限元对软基加筋与不加筋道路在交通荷载作用下的动力响应进行了对比分析,研究了软基加筋道路的作用机制。结果表明,软土的软化特性对软基加筋和不加筋道路的动力响应有明显影响;加筋的效果随着荷载作用次数的增大而逐渐变大;加筋可以约束土体的水平变形,减小道路的整体沉降和不均匀沉降以及减小交通荷载影响软土地基的深度。     

软土路基“波浪型”不均匀沉降及其机制分析

在软土地基上修建道路,变形是控制道路质量和正常使用的主要因素。天津东疆港道路建立在经真空预压加固后的吹填土地基上,道路使用3 a后产生了严重的"波浪型"不均匀沉降,严重影响了车辆的行驶及人的生命安全。通过分析软土路基产生波浪变形的机制,提出了道路在建成后产生初始波浪变形,在车辆荷载作用下加剧了这种不均匀沉降的理念;建立了软土路基在波浪变形初值缺陷条件下的力学模型,通过力学分析与计算得出,在初始波浪变形条件下路基波谷受到比波峰大的车辆荷载;路基波峰与波谷处车辆动载大小的不同是加剧地基不均匀沉降变形的原因。提出利用土工格栅的加筋作用可减小不均匀沉降,通过有限元方法分析了该措施的加固效果。     

高速铁路深厚软基连续薄板梁结构测试分析

在深厚软土地基上修筑无砟轨道高速铁路低矮路基,需要重点解决好软土地基工后沉降和长期动力稳定性问题.软土地基具有高压缩性,路堤荷载作用下会产生较大的残余沉降;同时,线路运营后,地基土在高速列车长期循环动荷载作用下易产生较大的塑性变形,二者耦合将严重影响到无砟轨道的几何状态和线路运营安全.基于此,在京沪高速铁路上海虹桥深厚软土地区低矮路基中,首次采用了桩基-连续薄板梁结构型式,并进行了系统的静动态监测、测试.结果表明,该结构工后沉降控制效果良好、长期循环荷载作用下性能稳定,可以满足高速铁路铺设无砟轨道和高速列车长期平顺运行的要求.     

循环围压对饱和软黏土永久变形的影响

通过对温州典型饱和软黏土进行一系列不同应力路径下的部分排水循环动三轴试验,研究了部分排水条件下循环围压对饱和软黏土变形特性的影响。试验结果表明：部分排水条件下,与常规的围压保持恒定,偏应力单独循环作用下的三轴试验结果相比,循环围压的存在对饱和软黏土的永久体应变和永久轴向应变均产生了的显著的影响。在相同循环应力比和循环次数下,试样的永久体应变和永久轴向应变均随着循环围压幅值的增大而增大,说明常规的恒定围压循环三轴试验会低估高速交通荷载作用下路基土体的沉降。基于试样第10 000圈的永久体应变和永久轴向应变,分别建立了可以量化部分排水条件下循环围压对饱和软黏土永久体应变和永久轴向应变影响的经验公式,并用于预测饱和软黏土在交通荷载这种包含循环偏应力和循环围压耦合作用的复杂应力条件下产生的永久变形。     

Fatigue Behavior of Granite Subjected to Cyclic Loading Under Triaxial Compression Condition

A series of laboratory tests were performed to examine the fatigue behavior of granite subjected to cyclic loading under triaxial compression condition. In these tests, the influences of volumetric change and residual strain on the deformation modulus of granite under triaxial cyclic compression were investigated. It is shown that the fatigue behavior of granite varies with the tendency for volumetric change in triaxial cyclic compression tests. In the stress–strain space, there are three domains for fatigue behavior of rock subjected to cyclic loading, namely the volumetric compaction, volumetric dilation with strain-hardening behavior, and volumetric dilation with strain-softening behavior domains. In the different domains, the microscopic mechanisms for rock deformation are different. It was also found that the stress level corresponding to the transition from volumetric compaction to volumetric dilation could be considered as the threshold for fatigue failure. The potential of fatigue deformation was compared with that of plastic deformation. The comparison shows that rocks exhibit higher resistances to volumetric deformation under cyclic loading than under plastic loading. The influence of residual strain on the fatigue behavior of rock was also investigated. It was found that the axial residual strain could be a better option to describe the fatigue behavior of rock than the loading cycle number. A constitutive model for the fatigue behavior of rock subjected to cyclic loading is proposed according to the test results and discussion. In the model, the axial residual strain is considered as an internal state variable. The influences of confining pressure and peak deviatoric stress on the deformation modulus are considered in a term named the equivalent stress. Comparison of test results with model predictions shows that the proposed model is capable of describing the prepeak fatigue behavior of rock subjected to cyclic loading.     

初始剪应力对软土场地震反应的影响

实际工程的边坡、斜坡以及挡土结构中的土体都存在一个初始剪应力的作用。在初始剪应力的作用下土体会产生较大的残余应变。然而,原始Iwan模型难以考虑这种因素的影响。因此,将软化模型引入Iwan串联模型中考虑循环软化的影响,同时再串联一理想刚塑性元件,模拟循环过程中产生的残余应变;最后,结合Masing准则对软黏土的动应力-应变关系进行了描述。在此基础上,将修正的Iwan模型用于软土层的一维非线性地震反应分析。通过分析发现,当场地存在初始剪应力且受到强震时,土体模型需考虑这种因素的影响,否则可能低估速度及加速度幅值,也会低估最大剪应变幅值     

真空预压加固软土地基变形与固结计算研究

考虑真空度的衰减情况,对真空预压加固软基的变形和固结度计算方法进行了研究。先根据真空预压时砂井的真空压力状态建立了真空预压的空间轴对称变形模型,用位移法推导该模型在等应变条件下的变形及体积应变计算公式。在此基础之上结合Hansbo砂井地基固结理论和真空预压的边界条件,推导了忽略竖向渗流情况下的真空预压加固软土地基的固结解析解。比较文中计算方法与已有计算理论和现场试验实测资料结果表明,体积应变的计算对真空预压的孔压和固结度的计算有较大的影响,而直接引用传统堆载预压的体积应变计算公式计算会导致较大误差。在固结度计算中,采用Hansbo的近似方法能满足计算精度的要求,所得计算结果与实测结果吻合较好     

考虑排水条件和粗料含量的砂砾石土动残余变形特性

采用改进的GDS循环三轴试验系统对5种级配的饱和砂砾土在不排水、单面排水和双面排水条件下进行了动残余变形试验,系统研究粗料含量P5（粒径大于5 mm颗粒质量百分比）和排水条件对饱和砂砾土动残余剪应变和动残余体应变的影响。试验结果表明：动残余剪应变随粗料含量和排水面数的增加而显著降低;循环加载30周产生的不排水动残余剪应变是单面排水条件下动残余剪应变的2～3倍,是双面排水条件下的4～9倍。砂砾土的动残余体应变随粗料含量增大而减小,随着排水面数的增加而增大;双面排水动残余体应变是单面排水动残余体应变的2.0～2.5倍。     

高应力卸荷条件下砂岩扩容特征及其剪胀角函数

为研究高应力水平条件下岩石卸荷扩容特性及其剪胀角变化规律,开展了若干不同初始围压水平的三轴峰前卸围压试验,同时进行了相应围压水平的常规三轴压缩试验。基于试验成果分析了卸荷应力路径对砂岩扩容的影响效应,总结了卸荷应力路径下剪胀角变化规律,进而提出了基于卸荷应力路径的剪胀角函数,并给出了其数值实现方法,最后通过对三轴峰前卸围压试验的数值模拟,验证了所提出的剪涨角函数的可行性与合理性。研究表明：（1）加载路径时,不同围压水平下峰前扩容体积应变值相差不大,而卸荷应力路径时,随着围压水平的增加,峰前扩容体积应变从最小值3.15×10?3增加到最大值9.65×10?3,卸荷路径下的峰前扩容体积应变约为加载路径的1.1～4.0倍;（2）卸荷应力路径下偏应力峰值对应的体积应变基本为0或接近于0,而加载应力路径下偏应力峰值对应的体积应变均为负值;（3）卸荷应力路径条件下峰前扩容体积应变在总扩容体积应变中所占比例显著大于加载路径;（4）两种应力路径下,剪胀角随塑性剪切应变增加均经历了先增加后减小的过程,并且低围压工况下偏应力峰值对应的剪胀角和最大剪胀角均大于高围压工况;（5）与加载路径相比,卸荷路径下的剪胀角更快达到剪胀角最大值,并且其偏应力峰值对应的剪胀角和最大剪胀角更大;（6）基于砂岩三轴卸荷试验成果,采用线性拟合方法得出了以围压和峰后塑性剪切应变增量为自变量的剪胀角函数,基于该函数与应变软化本构模型的砂岩三轴峰前卸围压试验的数值模拟结果与试验结果吻合较好,表明该函数能较好地描述三轴峰前卸围压条件下砂岩的扩容特性。以上结论可为深部地下工程变形预测、稳定性分析与支护设计提供理论基础。     

南海北部陆坡软黏土动力应变-孔压特性试验

针对南海北部陆坡原状软黏土,开展了不同偏压固结比 和循环应力比CSR条件下的动三轴试验,探究了动荷载作用下试样的残余动应变、残余动孔压与循环振次的变化规律;综合考虑试验过程中残余动应变和残余动孔压的关联性,提出了基于动应变-孔压模式的动三轴试验破坏标准,并采用微观电镜扫描（SEM）图像揭示其作用机制。研究表明：在给定 条件下,CSR值不同,残余动应变随循环振次的发展趋势呈现出显著差异性,而残余动孔压随循环振次的变化规律基本一致;随着 的增加,CSR临界值逐步增大,相应的最终残余动应变逐渐减小,而残余动应变-动孔压曲线也表现出相似特征;将传统的应变值破坏标准扩展至由应变-孔压曲线拐点控制的破坏区间,可以有效界定破坏振次并描述试样的完整破坏过程,揭示动荷载条件下试样内在的有效应力-应变-孔压互馈机制。上述研究成果将为南海北部陆坡软黏土软化-孔压模型的建立、海洋地质灾害评价与预测、海洋工程基础设计提供可靠参考。     

Constitutive modeling of the destructuration and anisotropy of natural soft clay

The mechanical behavior of natural clays is affected by their inherent anisotropy and metastable soil structure. A simple hierarchical model that considers initial anisotropy and destructuration was formulated within the framework of critical state soil mechanics. In the proposed model, stress sensitivity and a destructuration index were introduced to account for the degree of bonding and the rate of destructuration, respectively. An inclined yield surface was used to incorporate the effect of the initial anisotropy. The proposed model can be degenerated to the Modified Cam Clay model by setting the initial stress sensitivity equal to unity and using a horizontal yield surface. Reasonable agreement between the model simulations and the experimental results on a variety of stress paths demonstrated that the proposed model can capture well the deformation behavior of natural clay and reconstituted soil. The model was implemented into the finite element program for the numerical analysis of an embankment on soft clay improved with prefabricated vertical drains. The numerical predictions were compared with the field-measured data in terms of embankment settlement. Additionally, the numerical simulations were analyzed in terms of horizontal displacements, excess pore water pressure, mean effective stress and volumetric strain. All of the simulations and comparisons indicate the importance of considering the effects of plastic anisotropy, interparticle bonding and destructuration caused by loading beyond yield stress and field disturbance in analyzing the behavior of an embankment on natural soft clay.