无黏性土压缩模型及其验证

土体本构模型的建立往往需要以等向压缩模型为基础。通过对无黏性土等向压缩特性的分析,发现无黏性土等向压缩状态下压缩指数的大小与当前孔隙比和球应力密切相关,进而提出了以当前孔隙比和球应力为变量的可分离函数表示的压缩指数表达式。在此基础上得到一个可以描述无黏性土压缩特性的三参数压缩模型。与试验数据的对比表明,该模型能够较好地拟合不同初始孔隙比下无黏性土等向压缩试验的孔隙比-应力关系。与以极限压缩曲线为参考线建立的压缩模型相比,在拟合低应力区无黏性土的孔隙比-应力关系时,提出的新模型更具有实用性。新模型也可为无黏性土建立本构模型提供基础。     

无黏性土的压缩特性及模型

我国南海神狐海域海底沉积物主要由钙质砂与无黏性土组成,其力学性质对海洋工程的稳定性具有显著影响。无黏性土的压缩特性是研究其力学性能的重要内容之一,为分析不同荷载作用下土样的压缩特性,利用高压三轴仪试验系统,开展了不同砂含量及不同初始孔隙比下无黏性土样的等向压缩试验。试验结果表明：在试验采用的高有效应力下,无黏性土具有显著的过渡土性质,初始组构难以被改变;随多孔易碎钙质砂含量的增加,土样可压缩性和压缩曲线的收敛度均增加,钙质砂的破碎显著改变了初始组构。提出可以描述含砂无黏性土压缩特性的数学模型,所含参数物理意义明确且易于确定。与不同砂土压缩试验数据对比发现,该模型对其他种类土同样具有较好的拟合度,验证了本模型的广泛适用性。与已有压缩模型的对比,验证了本模型的实用性,为无黏性土应力-应变关系的理论研究提供基础。     

黏性土基于扰动状态概念的应力应变关系及压缩变形分析

通过引入扰动状态概念(disturbed state concept,DSC)对黏性土的应力应变关系及其压缩变形进行定量分析研究。选取相应土的重塑状态作为土体材料的完全调整状态,土的初始响应为相对完整状态下的行为。建立一个新的扰动模型,反映土在外力作用下微结构的动态变化过程。并通过黏性土的高压固结试验对模型的合理性进行验证,为工程提供更为准确的力学参数。     

重塑黏性土固有压缩特性的探讨

Burland于1990年提出重塑土的固有压缩特性,为定量评价天然沉积结构性黏性土的力学性质提供参考依据。通过对四种液限的重塑土进行大量的室内一维固结试验,重塑土样的初始含水率调整扩大为液限的0.7~2.0倍,探讨了初始含水率,液限对重塑土固有压缩特性的影响。结果表明:重塑土压缩曲线不仅与土的液限有关,还受初始含水率的影响; 在较低固结压力下,采用Burland引入的孔隙指数不能将不同初始含水率的重塑土压缩曲线归一化,但当固结压力超过约25kPa时,各种压缩曲线均可较好地归一化至重塑土的固有压缩曲线(ICL); 此外,重塑土固有压缩参数并非仅与土的液限有关,试验实测的结果显示出与Burland的固有压缩参数经验有一定的偏离,结合试验结果对其进行了修正。     

原状扬州黏性土压缩特性与孔径分布

研究土体压缩特性与孔径分布的关联性是探索土体宏观微观关系的途径之一。文章以扬州黏性土为研究对象,对不同深度的原状样同时进行压缩试验和压汞试验,重点研究了初始孔隙比相近而压缩特性不同的土层的孔隙结构以及各深度土层经历加卸载后的孔隙结构变化。试验结果表明:不同深度原状扬州黏性土的孔径分布均为单峰结构,孔径大小主要分布在0. 2～5μm,其压缩特性与孔径分布密切相关,孔径分布越集中,土的压缩性越小。12,15,18 m深度土样的孔径分布范围相对其他深度的更大,小孔隙占比更高,具有更大的压缩性和更强的结构性。初始孔隙比相近的不同深度的土样因孔径分布不同其压缩性也不同。在经历一个加卸载后,各深度土样的中孔隙占比均减小,孔径分布都向小孔径孔隙方向移动,且大孔隙占比变化都不大,而12,15,18 m累计孔隙体积减小量更多,使得这三层土样的中孔隙占比减小更明显。本文为黏性土的工程特性和微观结构的关联性探究提供了参考数据。     

无黏性有限土体主动土压力解析解

经典土压力理论的应用是基于半无限土体,但当墙后土体范围有限时经典土压力理论可能就不再适用,出现有限土体土压力问题。针对较复杂条件下无黏性土的有限土体土压力问题,建立了计算模型,并采用薄层单元法推导出解析公式,证明经典的郎肯土压力和库仑土压力皆为所提出的新公式的特解。在综合考虑不同计算条件后,制定土压力计算流程,涵盖了各个条件下土压力计算方法。通过计算分析表明：极限破裂角不为定值,随计算参数的变化而变化;不存在有限土体时,所提新公式解与库仑解较接近;出现有限土体时,新公式解趋近于模拟解,从而证明了新公式解的合理性。此时与库仑解相比,则存在明显差异。     

饱和软土压缩曲线的“反常”现象

饱和软土压缩试验时,经常出现压缩曲线“反常”、压缩系数“倒大”的现象。它是土的原始结构发生破坏前后的不同压缩性的客观反映。饱和软土的结构力很微弱,唯质量好的原状土才能见到这种“反常”。应从成孔、取样、测试及资料整理等多个环节保证其工程意义。     

无侧限压缩条件下黏性土磁各向异性研究

近年来基坑、隧洞等开挖工程活动中的卸载导致黏性土体发生过大侧向变形,引起的工程事故越来越多。目前多采用测斜仪对基坑周围土体变形进行水平位移监测,然而由于软土的特殊工程性质,在监测中软土无法带动测斜仪一起变形,往往监测效果不尽人意,不能准确给出实际软土的真实变形。因此,需要加强开挖卸荷工程施工中土体的侧向变形监测技术研究工作。本文基于磁性矿物受荷载变形具有定向性特征,运用磁组构试验对无侧限压缩后的黏性土试样进行磁各向异性研究,同时与有侧限压缩试验变形测试结果进行比较,分析试验轴向应力、土样含水率对无侧限压缩条件下磁各向异性的影响规律,以及主磁化率值与应变的数学关系,探讨了由黏性土磁各向异性推求其受力变形规律的可行性。研究成果表明,受力作用的黏性土变形与其磁性矿物定向性具有较好的一致性。这一认识对于有效监测软土地区卸荷工程周围软土变形情况具有重要的理论意义和实际应用价值。     

孔隙直径法判别无黏性粗粒土渗透变形类型适宜性统计分析研究

为验证孔隙直径法对于各类无黏性粗粒土渗透变形类型判别的适宜性,采用试验验证的方法,对收集的27个工程、145个试样的渗透变形试验结果进行分类统计分析研究。结果表明：（1）连续级配碎砾石与试验结果符合率最高为80.0;（2）不连续级配碎砾石与试验结果符合率较低,为55.0;（3）不同类型砂与试验结果符合率最低,仅为22.0。由此可见,孔隙直径法可较好地适用于连续级配碎砾石渗透变形类型的判别,但对于不连续级配碎砾石和不同类型砂土,则适宜性较差。     

基于动态CT识别的冻土单轴压缩损伤本构模型

采用连续介质力学与热力学方法,建立了冻土单轴压缩损伤本构模型。以兰州冻结黄土为例,基于冻土单轴压缩动态CT试验,对冻土附加损伤的2个阶段,即塑性损伤和微裂纹扩展损伤分别采用硬化曲线法和动态CT识别方法进行了损伤计算,在此基础上给出了冻土附加损伤与弹性应变的对应关系,建立了基于试验的冻土损伤演化方程,并进行了有效应力的计算。     

Stability of cohesionless partially submerged slopes

Stability of partially submerged slopes is analysed when dealing with water front structures such as reservoirs. This work presents a numerical study of the stability of partially submerged cohesionless slopes under no flow conditions. The analysis shows that critical conditions occur when water level is located close to the mid‐height of the slope. Safety factor for such cases may be significantly lower than the classical result tan(?)/tan(β), and the critical slip surfaces does not approach the surface of the slope. This apparent anomaly is related to a reduction in normal stresses and frictional resistance over submerged parts of the slip surface. These effects are particularly significant for flat slopes and low ratios of submerged to total unit weights. Commercially available slope stability software using common slope stability methods (e.g. Bishop's) can detect this behaviour with reasonable accuracy; however, when conducting such an analysis, the user needs to be aware of the counterintuitive behaviour of partially submerged cohesionless slopes in order to analyse the critical conditions. An instructive stability chart provides an overview of the effects of submergence thus drawing the attention of professionals to the observed phenomenon and its potential extent. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

天然沉积结构性黏土原位压缩规律及预测模型研究

通过天然沉积黏土的原状样与重塑样的压缩对比试验,揭示了屈服后土结构性的渐进性破损过程以及由常规 曲线确定的压缩指数 随固结压力呈非线性变化性状给实际工程沉降计算参数选取带来不便。采用 双对数坐标表示方法,通过不同初始结构大小的黏土试验数据证实了 压缩曲线在屈服前后段具有良好的线性关系,实现了结构屈服应力、屈服前后压缩指标有效统一确定。在该坐标体系下给出了考虑取样扰动影响的原位压缩曲线恢复方法,建立了结构性黏土的双线性压缩模型,结合文中与文献中试验数据给出了结构屈服应力与不排水强度、屈服后压缩指标与稳定指数SI和液限wL的经验关系。研究结果可为天然沉积土地基固结沉降计算参数的合理选取提供依据。     

Least‐square support vector machine applied to settlement of shallow foundations on cohesionless soils

This paper examines the potential of least‐square support vector machine (LSVVM) in the prediction of settlement of shallow foundation on cohesionless soil. In LSSVM, Vapnik's ε‐insensitive loss function has been replaced by a cost function that corresponds to a form of ridge regression. The LSSVM involves equality instead of inequality constraints and works with a least‐squares cost function. The five input variables used for the LSSVM for the prediction of settlement are footing width (B), footing length (L), footing net applied pressure (P), average standard penetration test value (N) and footing embedment depth (d). Comparison between LSSVM and some of the traditional interpretation methods are also presented. LSSVM has been used to compute error bar. The results presented in this paper clearly highlight that the LSSVM is a robust tool for prediction of settlement of shallow foundation on cohesionless soil. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Relevance vector machine applied to settlement of shallow foundation on cohesionless soils

The settlement of shallow foundation on cohesionless soil is a key parameter in the design of shallow foundation. The recently introduced relevance vector machine (RVM) technique is applied to predict the settlement of shallow foundation on cohesionless soils. RVM allows computation of the prediction intervals, taking into account the uncertainties of both the parameters and the data. It provides much sparser regressors without compromising performance, and kernel bases give a small but worthwhile improvement in performance. It also estimates the prediction variance. This study shows that compared to the available methods, RVM is better at determining the settlement of shallow foundation on cohesionless soil.     

无黏性土管涌出砂及流量研究

管涌对堤防工程的危害极为严重,人类对管涌的认识也逐渐加深。目前,对管涌破坏开始的条件及其破坏后通道贯通的后果了解较多,然而,因其破坏及发展机制的复杂性,对于管涌发生后涌砂及流量的研究并不深入。通过自行设计的室内模型,改变上覆黏土的厚度对3组土性相同的无黏性土试样进行试验。对测压管水头、通道范围、涌砂量和流量等进行对比分析,研究孔隙率、渗透系数以及流量的变化规律,发现涌砂随时间变化满足非线性关系--Boltzmann模型。最后,利用渗透系数与孔隙率以及孔隙率与累计涌砂量的关系,推导并验证了流量随时间变化的理论公式。这对于认识管涌和有效控制管涌发展以及减灾避难有着非常重要的意义。     

结构性土UH模型

在描述重塑土的统一硬化模型（UH模型）基础上,以动态地移动正常固结线（MNCL）代替静态的正常固结线（NCL）作为参考线来确定参考应力,将土的结构性衰减体现在MNCL的演化中,从而把UH模型扩展为可考虑土结构性的结构性土UH模型。结构性土UH模型可以合理地并连续光滑地描述结构性土的等向压缩规律、应变硬化、应变软化、剪切体积收缩、剪切体积膨胀、不排水剪切减压软化以及结构性和密度耦合影响等力学特性。相比于UH模型,结构性土UH模型新增3个参数,分别用于描述结构性的程度、衰减速度、以及塑性流动规律。通过3种天然土的试验结果与模型预测对比验证了结构性土UH 模型的合理性。