一种施工期间堤防稳定性分析方法

在Hilf分析法的基础上,对Hilf分析法进行了改进。将孔隙气压力和孔隙水压力作为独立变量,推导了孔隙气压和孔隙水压计算表达式。给出了考虑强度随孔隙气压和孔隙水压力变化的填土堤防强度随固结度增加而增长的饱和土堤防稳定性分析方法。计算结果表明随着基质吸力的增加,计算所得的稳定安全系数随之增加,忽略孔隙气压的作用所得的软土堤防的稳定安全系数偏大。当 等于 时,孔隙气压对抗剪力没有影响,此时计算所得的安全系数相同。因此施工期间软土地区堤防既要考虑孔隙气压和孔隙水压对堤防稳定性的影响,同时也要考虑地基固结提高对堤防稳定性的影响     

固结过程中孔隙水压力计算中的吉布斯(Gibbs)现象及其消除

一维固结过程中，孔隙水压力的计算在整个计算中占有重要的位置，其计算结果的准确性对于固结度及固结系数的确定均有一定的影响。目前，孔隙水压力的计算均采用级数计算，而由于级数计算中Gibbs现象的存在，使得孔隙水压力的计算中会出现振荡。针对这种情况，本文以误差函数作为基础，对孔隙水压力的计算进行了分析，发现在一定的精度范围内，采用误差函数可以有效地消除由于Gibbs现象带来的振荡。     

均衡法计算洞庭湖盆孔隙水天然资源

洞庭湖是我国第二大淡水湖。以往用补给量代替天然资源的方法计算其孔隙水天然资源,对地表水渗漏量很难计算,可信度低。用均衡法计算洞庭湖盆孔隙水天然资源,回避了直接计算地表水补给量,加深了孔隙水补给排泄的认识,计算结果亦较准确,故此种方法是地处暖湿亚热带、水系高度发育的湖盆孔隙水天然资源计算的较好方法。     

基于Pitzer离子模型的盐渍非饱和土孔隙相对湿度计算

在干旱半干旱地区由于土体蒸发速率大而引发的盐渍化会对相关区域范围内的工程构筑物耐久性构成潜在威胁。因此,准确预测土体孔隙相对湿度对于指导工程构筑物防盐具有重要意义。基于土体孔隙水化学势与孔隙气体始终处于平衡状态这一结论,根据化学平衡原理推导了土体孔隙相对湿度计算式。通过与测得的盐溶液空气相对湿度进行对比,结果表明:不同温度不同浓度下的相对湿度计算值与试验值吻合程度高,并且优于RS计算模型,尤其在溶液中溶质浓度处于近饱和状态时其吻合效果更为明显。同时,在不改变计算参数的前提下,将计算得到的孔隙相对湿度表达式代入到已有数值模型中,经比较发现:计算结果与试验结果吻合程度高,尤其在蒸发速率和体积含水量的预测上。综上所述,新提出的非饱和盐渍土孔隙相对湿度计算式在水盐迁移计算过程中是有效的。     

水流入渗和气体驱替过程二维问题的耦合求解

采用孔隙介质力学分析方法,把土体骨架、孔隙水和孔隙气体分别作为独立的研究对象,结合孔隙水和孔隙气体在气、液交界面上的力学条件建立耦合方程,研究非饱和土中孔隙水的入渗和孔隙气体的排出过程,为水流入渗问题的求解提供了一种新的方法。将此种方法应用于二维水流入渗问题的数值求解,利用简单的工况校验了这种计算方法的可靠性。通过对砂体和粉煤灰断面进行的二维水流入渗计算表明,孔隙气体的排出过程影响孔隙水的入渗运动。     

非饱和土中水流入渗和气体排出过程的求解

采用孔隙介质力学分析方法,把土体骨架、孔隙水和孔隙气分别作为独立的研究对象,结合孔隙水和孔隙气在气液交界面上满足的力学条件建立耦合方程,求解非饱和土中孔隙水的入渗和孔隙气体的排出过程。对标准砂进行的一维有压水流入渗试验和计算表明,孔隙气的排出过程影响孔隙水的渗流运动。数值计算与试验结果拟合较好。     

基于微观结构信息的缝洞型孔隙介质等效渗透率的有限差分计算方法

研究了一种融合微观孔隙结构信息的缝洞型孔隙介质渗透率的有限差分高效近似计算方法,它适用于已知孔隙结构储层的等效渗透率计算。首先,基于岩心CT扫描图像或电成像测井电导率图像提取储层的孔隙结构;其次,采用适当尺度的规则网格对能反映孔隙结构的图像进行剖分,用二值法对缝洞孔隙和基质区域分别进行标注与识别;接着,用不同半径的等效内接圆或椭圆近似表示实际的孔隙结构;再次,用圆形管和椭圆形管的流速解析关系近似单元剖分网格的流速;最后,采用有限差分法数值计算某个层段储层的总流量和流速,进而计算该层段的等效渗透率。这里提出的孔隙结构近似表征方法适用于任何复杂孔隙结构,对于缝洞型储层的渗透率计算具有普遍适用性。为了考察文中方法的精度和有效性,对一个具有解析解的简单模型及数个数字岩心进行了渗透率计算,初步验证了文中方法的有效性。诚然,鉴于孔隙结构的剖分对有限差分等效渗透率有较大影响,在微孔发育的低孔隙储层或缝洞发育的复杂孔隙结构储层中需要加密剖分,以较好地近似储层孔隙分布。     

非饱和土一维固结混合流体方法的解析分析

对采用混合可压缩流体方法分析非饱和土一维固结问题的固结方程进行了求解,在得到的解析解的基础上,对影响非饱和土一维固结的因素进行了分析。分析结果表明,在采用混合流体方法计算非饱和土一维固结的孔隙水压力时,所用公式与计算饱和土一维固结的太沙基理论公式基本相同,不同之处在于引入Bishop有效应力系数来体现孔隙气对孔隙水的影响。而在非饱和土孔隙气压的计算公式中除了体现孔隙水对孔隙气的影响参数以外,还有体现孔隙气体的可压缩性对固结影响的参数。在所有影响因素中,影响非饱和土一维固结最重要的因素是孔隙流体的渗流路径。     

冻融循环作用下砂岩孔隙体积变形模型的建立与分析

为研究冻融作用下砂岩内部孔隙的扩展机制,基于弹性力学和热力学理论,建立了饱水孔隙内水结冰的体积变形计算模型。结合基于核磁共振技术的冻融循环作用下饱和砂岩的孔隙度变化和T₂谱分布的试验结果,通过建立的孔隙体积变形计算模型,分析了冻融作用下砂岩的孔隙体积变形规律。结果表明：冻融作用下饱和砂岩的体积膨胀系数大于8.69%;单次冻融作用对砂岩试样的损伤较小,孔隙体积的变化范围在0.80%~1.03%之间;砂岩的孔隙收缩系数和孔隙弹性变形体积占比的变化规律一致,均为先增大后减小;砂岩试样的孔隙收缩系数在7.92%~8.04%之间,其孔隙弹性变形体积占比平均为97.79%;在冻融过程中大孔隙的弹性变形比小孔隙的弹性变形更小。     

对土体稳定性计算中地下水作用力的探讨

针对在地下水作用力使用中易出现力的概念混淆、重复计算等问题,论述了土体中的孔隙水压力、浮力、渗透力三种地下水作用力的性质,从能量守恒角度论证了稳定渗流环境下的孔隙水压力与水深和水力坡角相关;探讨了浮力、渗透力两种体积力与边界孔隙水压力的等效关系,论述了在稳定渗流环境下的土体稳定性计算采用土水分算与土水合算两种方法时,前者应使用渗透力和土粒浮重度进行平衡计算;后者应使用孔隙水压力和土体饱和重度进行平衡计算。在此基础上,对现行滑坡防治工程的相关规范中,滑坡稳定性计算公式中的地下水作用力的不当使用问题进行了探讨,并采用工程实例对其引起的稳定性计算偏差进行分析。结果显示:相关规范中存在渗流条件下孔隙水压力未考虑水力坡角及孔隙水压力与浮力概念混淆的错误,这两种情况都将造成设计偏保守,工程治理时后者将造成较大的经济浪费。     

初始剪应力与加荷速率共同作用下饱和软黏土孔压模型试验研究

通过GDS循环三轴试验系统,对循环荷载作用下饱和软黏土的孔压变化规律进行了研究,分析了循环应力比,初始剪应力与振动频率对孔隙水压力的影响。研究结果表明：随着循环应力比的增加,孔压发展速度增快。循环荷载作用下饱和软黏土存在临界循环应力比,通过孔压也可以确定其值大小。在循环初期,孔压率较大,随着循环时间的增加,孔压率逐渐减小。随着循环应力比的增加,孔压率增加。振动频率对孔压比-循环次数关系影响明显,随着频率的增加,孔压比减小;然而,当振动频率大于1 Hz时,振动频率对孔压比-时间与孔压率-时间关系影响不明显。随着初始剪应力的增大,孔压增加。初始剪应力对应变率具有显著影响;随着初始剪应力的增加,应变率增加。在对数坐标下,孔压率与时间呈线性关系。在上述试验基础上建立了孔压率与时间关系表达式,通过积分得到了循环荷载作用下饱和软黏土的动孔压模型     

考虑渗流和剪胀的圆形巷道围岩广义SMP准则解

本文基于广义SMP准则,综合考虑中间主应力、孔隙水压力和围岩的剪胀特性,建立了巷道围岩的理想弹塑性模型。根据弹塑性理论,推导了渗流作用下的围岩应力场、位移场和塑性区半径的统一解析解。结合具体算例对SMP准则计算得到的围岩应力分布和塑性区半径与Mohr-Coulomb（M-C）准则进行了对比,并对孔隙水压力和围岩剪胀角等影响因素进行了分析。研究结果表明:SMP准则计算得到的塑性区半径小于M-C准则,说明M-C准则相较于SMP准则更为保守;孔隙水压力对巷道围岩的位移场具有很大的影响,表现为孔隙水压力越大,巷道洞壁附近围岩位移量越大,且围岩塑性区半径和弹塑性交界面处的峰值切向应力与孔隙水压力成正比;采用相关联流动法则会低估围岩的强度,不考虑剪胀则会低估围岩的实际变形。      

循环荷载作用下竖向排水板加固软黏土的孔隙水压力累积特性研究

采用大型动三轴试验仪进行重塑高岭土试样的循环三轴试验,试样直径为300 mm,高度为600 mm。圆柱体试样中心放置了一块竖向排水板,在循环加载试验进行时和结束后都可进行径向排水。试验结果验证了径向排水可以有效地消散循环荷载引起的孔隙水压力。通过结合径向固结理论与不排水循环加载土体模型,提出了一个循环荷载作用下径向固结模型,用来描述在允许径向排水的情况下软黏土在循环荷载作用下的孔压累积特性。模型中考虑了应力历史和孔隙水压力消散对孔隙水压力生成的影响,并用大型循环三轴试验结果进行验证。研究发现,当施加较大循环荷载时,径向排水减缓了孔隙水压力累积到临界值的速率,因而土体在破坏前可以经历更多次的循环荷载;当施加中等循环荷载时,径向排水可有效阻止孔隙水压力增长至临界值。除此之外,还研究了加载间歇期对孔压累积特性的影响,结果显示3组循环加载结束后,累积孔隙水压力开始减小,表明之后更多的循环加载并不会引起孔隙水压力的累积增长。     

盾构隧道局部长期渗水对隧道变形及地表沉降的影响分析

研究表明,盾构隧道长期渗水会造成地表及隧道严重沉降。针对盾构隧道局部渗流难以模拟的现状,首先提出了一种既符合盾构隧道刚度要求又能实现局部接头渗水的计算方法;在稳定渗流状态对应的相同渗流量的前提下,对比分析了管片在不同接头渗水条件下隧道周围土体孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形规律。分析结果表明,盾构隧道渗水接头的位置不同,孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道的变形均有明显差异;接头位置越靠近隧道底部,渗水导致的孔压减小越显著,造成的地表及隧道沉降越显著。接头渗水不但会使隧道发生横向椭圆化变形,还会引起隧道左右两侧受力不平衡,从而造成隧道水平侧移。通过对比表明,采用接头渗水和传统的衬砌均质渗水得到的孔压分布、沉降及隧道变形规律均有显著不同;不考虑隧道局部渗水特点会对隧道结构长期性态的认识产生偏差。     

液化土层中桩基水平承载特性分析

通过桩土相互作用的振动台模型试验,获得了不同相对密度的砂土在振动液化过程中桩身弯矩随土层振动累积孔压的变化关系。进而通过拟静力方法,确定了土层液化过程中的衰化p-y曲线,并计算出桩身弯矩的分布。计算结果与实测结果的比较分析表明：若土层的振动累积孔压比ru≤比≤0.2时,桩的水平承载能力没有明显降低。当土层的振动累积孔压比ru≥0.8时,若土层的相对密度Dr≤40 %,桩的水平承载能力降低90 %;若土层的相对密度Dr≥50 %,桩的水平承载能力降低75 %。     

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。     

饱和砂砾土的孔压发展模式试验研究

利用GDS振动三轴系统,对饱和砂砾土进行不排水动三轴液化试验,研究了含砾量和振动频率对饱和砂砾土振动孔压发展模式的影响,结果表明:含砾量越高和振动频率越高,振动孔压增长越快。结合试验结果采用不同的孔压应力模型描述砂砾土的孔压发展特性,给出了相关试验参数;提出了包含砾量参数与频率参数的孔压应变模型,并计算出相关试验参数的参考值。     

软土地下结构的地震土压力分析研究

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析基础上,采用一种能够全面考虑软土振动孔压上升及消散、震陷、土-结构动力相互作用等因素的软土地下建筑物抗震稳定分析方法,对上海地铁一号线典型地铁车站结构进行地震土压力计算分析。据此对各类常用地震土压力简化计算方法进行评价,为今后改进地震土压力计算方法、提高软土地下建筑抗震设计水平提供了依据。     

Pore pressure generation in silty sands during cyclic loading

Recent developments in studies of soil response to earthquake loadings have made it possible to incorporate the rates of pore water pressure build-up in soils in to nonlinear response analyses of the grounds. Such pore pressure changes help in computing the changes in stress-strain behaviour of soils in the deposit progressively as the earthquake progresses. The rate and magnitude of pore pressure generation in soils during seismic loading will have important effects on the shear strength, stability, and settlement characteristics of a soil mass, even if the soil does not liquefy. The results in terms of pore pressure response in soils from a series of experimental investigations using strain-controlled cyclic triaxial tests on soils samples collected from liquefied sites are presented in this paper. The effect of relative density, amplitude of cyclic shear strain, number of loading cycles, confining pressure and frequency of cyclic loading on the pore pressure build-up are studied. Analytical expressions are proposed using regression analysis to define mean relationships between normalized pore water pressure and normalized cycles for the prediction of pore water pressure build-up in silty sands. Also, the pore water pressure build-up in soils is independent of frequency of loading.