各向异性砂土主动侧土压力计算方法

土压力是土力学和岩土工程领域的基本研究课题之一。由于碾压作用墙后填土具有不同程度的各向异性,并且通常处于主动与被动状态之间的非极限状态。经典的朗肯和库仑土压力理论没有考虑填土各向异性的力学性质及挡墙位移效应对于土压力的影响。基于各向异性砂土的等应变增量比系列试验结果建立了土压力系数与与用应变增量比表述的应变约束条件之间所具有的惟一性关系,在此基础上给出了平动位移模式下各向异性砂土的主动土压力计算方法,并通过土压力离心模型试验结果对其计算方法进行了验证,初步表明了其有效性和合理性。     

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

确定静止土压力系数在土压力计算中非常重要,但是粗颗粒土的静止土压力系数非线性特征长期被忽视,专门研究其非线性特征具有重要现实意义。为弥补粗粒土K0非线性研究的不足,分析了粗颗粒土的静止土压力系数非线性特征。基于邓肯?张模型的应力?应变增量关系,引入邓肯?张模型参数,建立了静止土压力系数数学公式。同时,提出了粗颗粒土静止土压力系数非线性计算方法,并对公式参数敏感性进行了分析。基于K0试验数据和数值试验结果,对粗颗粒土静止土压力系数非线性计算方法进行了应用分析。应用结果表明：K0预测值与K0实测值吻合,所提出的非线性K0计算方法可用于粗颗粒土K0计算。通过与Jaky公式的结果的对比分析,讨论了初始应力条件对粗颗粒土静止土压力系数非线性计算结果的影响。该研究成果有助于加深对土体静止土压力系数非线性的理解,并为粗颗粒土静止土压力系数计算提供参考。     

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。     

超重力场中界面土压力的测量

测量诸如孔隙水压力、位移和载荷等物理量能够达到相当高的精度,但土压力的测量则困难得多。在吸取了国内外同行经验后,为离心模型试验设计研制了一种微型土压力盒,主要用于土与结构物界面土压力的测量。水压力、干砂压力和砂土压力三种标定结果表明,这种微型土压力盒的线性度良好;在研究地下连续墙的侧向土压力分布的离心模型试验中,根据这种微型土压力盒的测试结果,获得了合理的侧压力系数。     

黄河冲积层静止土压力系数原位测定与分析

静止土压力系数K0与其他物理力学性质相互制约,变化特征复杂,加之试验条件、理论假设条件不同,表达形式多样,结果迥异。依托济南地铁工程勘察,采用原位土体水平压力测定仪（KSB）对济南西北部黄河厚冲积层现场测试,将测试结果与原位旁压试验、室内侧压力仪K0试验结果,以及考虑黏性土内摩擦角、塑性指数的K0计算公式进行对比,分析表明：KSB测试结果以指数形式插值推算原位静止土压力系数更优;20 m深度范围内黄河冲积层黏性土可近似为正常固结饱和状态,K0介于0.4～0.7之间并随埋深减小,而Jaky公式计算值偏高,室内土工试验K0值偏低;以固结快剪内摩擦角 或等效内摩擦角 修正Jaky公式的计算结果更接近KSB实测值。     

渐近状态土压力计算方法

挡土墙侧向土压力主要取决于墙体位移条件。在考虑土体平面应变简单加载条件下不同方向主应力的大小关系以及砂土剪胀特性的基础上,由砂土渐近状态公式得到挡土墙主动位移土压力区和被动位移土压力区任意墙体位移条件下侧向土压力系数K的计算公式。与已有方法相比,通过引入渐近状态准则,考虑了砂土剪胀特性对土压力大小的影响,计算参数确定方法试简单。通过与模型试验的对比,验证了该公式的合理性。     

K0固结条件下砂土的循环剪切特性试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对福建标准砂Dr = 30 %,在K0固结条件下,进行不同围压下的循环三轴试验,探讨了K0固结过程和K0固结条件下砂土的孔隙水压力特性与强度特性,并与原有均等固结条件和非均等固结条件下的循环三轴试验进行对比分析。通过分析和比较表明,砂土的K0固结试验过程可以分为两个阶段,第1个阶段是初期的缓慢变形阶段,第2个阶段是后期的稳定发展阶段,围压对静止土压力系数K0的测定有一定影响。不同固结过程对砂土动孔隙水压力的发展有很大的影响,K0固结条件下试样出现明显的剪胀现象。另外,K0固结条件下砂土动强度高于非均等固结条件（Kc = 1.67）下砂土动强度,低于非均等固结条件（Kc =2.94）下砂土动强度。     

静止土压力系数探究

静止土压力系数是岩土工程领域中一个至关重要的参数,是确定水平场地的应力状态和计算静止土压力的基础。但目前对静止土压力系数的研究还不够。对自然堆积而成处于临界状态的砂堆内应力状态进行分析,推导出自然固结土的静止土压力系数的理论表达式,并与砂性土静止土压力系数表达式k0 =0.95-sin?和黏性土静止土压力系数表达式k0 = 1-sin?进行对比,结果表明,推导的静止土压力公式与砂性土常用表达式非常吻合,与黏性土常用表达式存在一定偏差。文中给出的静止土压力系数公式和推导,较为科学合理地阐述了常用静止土压力系数的由来,有效弥补了当前这块研究的空白,为静止土压力系数的室内、现场试验和经验公式的推导提供了理论支撑,起到了一定的推进作用。     

利用扁铲侧胀试验确定粗粒砂土的超固结比

本文利用扁铲侧胀试验对超固结砂土的土力学参数进行测试,目的是获取砂土的超固结比OCR和静止土压力系数k_0。经过一系列室内试验箱砂土物理模型试验的精确测试,分别得到在加载和卸载阶段的P_0压力值和P_1压力值,并换算成各项扁铲侧胀试验指标。试验结果表明,在扁铲侧胀试验指标中,侧胀水平应力指数K_D更能反映粗颗粒砂土的超固结比,因此,可用相对密实度D_r和侧胀水平应力指数K_D建立超固结比OCR的表达式;由于K_D/k_0和E_D/σ'_m之间有共同的因子,即状态参数ψ,因此可建立两者的关系式来计算静止土压力系数k_0。     

湖沼相土K0值与微结构参数的关联性分析

土的静止侧压力系数K0是实际工程中经常需要用到的重要数据,影响土的静止土压力系数的主要因素就是土本身的性质。静止土压力系数是土的工程性质的一个重要指标,土的工程性质与土的微观结构联系紧密,土的许多工程性质可以从土的微观角度进行解释。通过研究静止侧压力系数K0与土的微观参数之间的关系,得出静止侧压力系数K0与微观参数中的等效直径、数量、形态比关联不大,而与圆度比较相关。     

离心模型试验中微型土压力盒土压力测定

土压力作为离心模型试验中重要的测试参数,受土压力盒的性能、离心机数据采集系统稳定性及外部环境等诸多因素的影响,准确地测量土压力较为困难。土压力盒作为土压力测试元件,其性能对土压力测量准确性有直接影响。为获得较为准确的土压力测试数据,结合离心机数据采集系统,选择两种常见的电阻应变式土压力盒。通过标定试验得出两种土压力盒砂标系数均小于出厂标定系数,Ⅰ型偏小64.75%,Ⅱ型偏小18.77%,Ⅱ型土压力盒与出厂数据的重合度比Ⅰ型好;在研究墙高10～30 m类扶壁式挡墙侧向土压力分布的离心模型试验中,与Ⅱ型土压力盒相比,Ⅰ型存在按出厂系数测得数据失真、灵敏度低和稳定性差的缺点。标定试验和离心试验结果表明,接入自行组建的数据采集系统的Ⅱ型土压力盒比接入静态应变数据采集系统的Ⅰ型土压力盒性能更佳。     

砂土地基和粉质黏土地基基坑悬臂开挖离心模型试验

分别开展砂土和粉质黏土两种典型土质条件下基坑悬臂式开挖离心模型试验,详细叙述试验过程中所要解决的关键问题,并提出合理的解决方案。通过对比分析两组试验结果,得到以下结论：非饱和土地基制备中参数控制困难,分层夯实法有待进一步改进,而砂雨法制备的砂土地基参数可控性更好;两组试验的结果有差异,砂土地基试验所呈现的土压力、地基变形、支护弯矩的变化规律更好,因此,岩土离心试验可适当考虑以砂土代替非饱和土;对于采用悬臂式支护结构的基坑,开挖引起的地表沉降曲线在砂土中呈指数型,而在粉质黏土中呈直线型;开挖引起的粉质黏土地基土体位移范围较砂土地基更大;开挖引起的砂土中挡墙弯矩较粉质黏土更大,砂土和粉质黏土中最大弯矩位置都随开挖逐渐下移;在砂土试验中开挖引起主动区土压力各处均减小,而在粉质黏土试验中开挖引起土压力在挡墙底有增大趋势。该基坑工程离心模型试验过程及数据处理方法可为进一步试验提供参考。     

应力状态对粗颗粒土静止侧压力系数影响试验研究

土体静止侧压力系数K0随应力状态的变化规律对深入把握其力学性质非常重要。然而,由于适用于粗粒土K0试验仪器及方法较少,对粗粒土K0随应力状态变化规律的研究几乎是空白的。为研究加载和卸载过程中粗颗粒土静止侧压力系数K0随应力状态的变化规律,利用新近研制的大型K0试验仪对某砂卵砾石料和堆石料进行了不同应力状态下的K0试验。K0试验结果表明：颗粒形态、应力状态、级配都对粗粒土K0有一定影响,其中应力状态影响最为明显;加、卸载时粗粒土K0随竖向应力增大呈减小的趋势。通过对K0试验结果进行深入分析,提出了粗颗粒土在加载过程中K0与竖向应力的关系式,并进行了验证。在此式基础上,基于前人总结所得K0与OCR的关系式,总结了一个反映任意固结状态下粗颗粒土K0随应力状态变化的关系式。     

土石坝横向裂缝的土工离心机模型试验研究

岸坡突变所产生的不均匀沉降变形常常是导致土石坝心墙发生横向裂缝的主要原因。使用糯扎渡高心墙堆石坝心墙混合土料进行了模拟心墙发生横向裂缝的土工离心机模型试验。试验中再现了由于岸坡坡度变化导致坝顶发生横向裂缝的现象。采用工程中常用的3种裂缝分析方法：倾度法、Leonards法和有限元应力法对试验结果进行了分析。结果表明,前两种方法仅在测点较多时才是适用的,而有限元应力法对土石坝心墙横向裂缝问题更为有效。     

高填方减载式刚性涵洞受力特性模型试验研究

为了研究高填方减载式刚性涵洞结构的减载效果，利用模型试验分别对减载式刚性涵洞、采用一般减载方法的涵洞和未减载涵洞的涵顶垂直土压力和侧墙水平土压力进行对比分析。在此基础之上，建立了减载式刚性涵洞涵顶垂直土压力理论模型，推得了减载式刚性涵洞涵顶垂直土压力计算式，并将模型试验结果与理论分析结果进行了对比分析。研究结果表明，减载式刚性涵洞不仅能够有效缓解涵顶应力集中，而且与一般减载涵洞相比还能有效减小涵洞侧墙水平土压力；对于减载式涵洞涵顶垂直土压力，理论计算结果与模型试验结果一致且两者相差较小，从而验证了理论模型的适用性和正确性。     

卸荷式板桩高桩梁板码头结构土压力简化计算

河网地区的淤泥层一般较厚,强度较低,在这些地区新建或扩建码头时需对边坡进行大面积的开挖、换填,工程造价高,采用卸荷式板桩墙高桩梁板码头结构可以很好地解决,但目前关于这种码头结构型式的土压力计算研究非常少。借鉴遮帘板桩码头的土压力计算方法,分析探讨了该新型结构的土压力计算方法。计算中对结构进行分区处理,利用非极限状态土压力理论计算板桩河侧及灌注桩陆侧的土压力,同时考虑土拱效应和卸荷板的卸荷作用,以及平行墙理论,推导计算板桩陆侧及灌注桩河侧的土压力,最后将简化计算结果与离心模型试验结果及有限元数值分析结果进行对比,对比分析表明,该简化计算方法有一定的可行性,可供工程设计参考。