确定先期固结压力的数学模型法

地基土的先期固结压力是判断土体应力历史的一个指标。在不同应力历史状况的土体变形分析中它也是一个重要的计算参数。因此,方便、准确地确定先期固结压力就显得尤为重要。依据理论研究和试验分析,提出了一种新的确定方法：数学模型法。润扬大桥土样试验的结果证明了此法的可行性。     

土的先期固结压力及试验方法

先期固结压力表示土体在地质年代中曾经受过的最大垂直压力，它是判明土体应力历史的重要指标，无论对研究土体变形或强度特征，均有实际意义。     

如何确定土的先期固结压力的探讨

e-logP曲线的绘图比例对确定土的先期固结压力有明显的影响，对此进行了初步探讨。     

基于Casagrande法数学分析确定先期固结压力

Casagrande经验作图法是国际上通用的确定先期固结压力的方法,但其存在以下缺点：曲线绘制繁琐、若绘图比例不合适,则最小曲率半径点不易确定、人为判断误差较大。而工程中所采用的土工试验数据处理商用软件计算先期固结压力,其算法、精度分析是黑匣子,结果精度值得商榷。在总结以往研究成果基础上,结合理论研究和工程实践要求,依据《土工试验方法标准》[1],采用3次多项式和最小二乘法回归拟合压缩曲线,并考虑绘图比例影响,编写程序确定先期固结压力,最后通过具体工程土工试验数据验证了程序求解不仅能避免经验作图法的缺陷,而且结果直观清晰。     

先期固结压力理论的新认识

近年来，在对国内广泛分布的老粘性土、红土等土体的研究过程中发现，这些土均为“超固结土”，其先期固结压力（Ｐｃ）值不仅与土的受荷历史有关，而且还与土的物质组成和结构特征有着十分密切的关系。研究结果表明，影响Ｐｃ值大小的因素很复杂，红土和下蜀土中对Ｐｃ值大小起决定作用的为游离氧化物的胶结连结，而黄土状土中土自重压力则为主导因素。可见土的先期固结压力并非唯一由上覆荷载所致。     

先期固结压力理论的新认识

近年来,在对国内广泛分布的老粘性土、红土等土体的研究过程中发现,这些土均为＂超固结土＂,其先期固结压力（Ｐｃ）值不仅与土的受荷历史有关,而且还与土的物质组成和结构特征有着十分密切的关系。研究结果表明,影响Ｐｃ值大小的因素很复杂,红土和下蜀土中对Ｐｃ值大小起决定作用的为游离氧化物的胶结连结,而黄土状土中土自重压力则为主导因素。可见土的先期固结压力并非唯一由上覆荷载所致。     

不同先期固结压力下的错动带力学特性研究

针对白鹤滩大型水电站揭露的错动带,探索了一种反映原岩应力状态的错动带试样制备方法,采用替代法对错动带进行超粒径处理,同时控制先期固结压力和稳压时间进行静载固结,并基于不同先期固结压力、不同高围压下的不固结、不排水三轴试验,结合矿物成分分析试验和扫描电镜试验,分析了不同先期固结压力下错动带的力学和变形特性。试验结果表明,不同高围压、不同固结压力下错动带应力-应变关系曲线基本表现为有剪胀行为的应变硬化型力学行为,且多为腰鼓型塑性破坏;在相同固结压力条件下,随着围压升高,错动带试样破坏应力、变形模量和泊松比均呈增大趋势,扩容效应更明显;相同围压条件下,随着先期固结压力的增大,错动带破坏应力逐步提高,弹性模量逐渐增大,而泊松比略有减小,敏感性不大;同时黏聚力和内摩擦角随固结压力的增加而分别减小和增大,呈劣化趋势。错动带微观结构的定性和定量分析进一步揭示了错动带作为一种夹杂错动后残留有岩石碎屑(块)软弱物质的颗粒类材料,在高应力下其塑性变形主要来源于颗粒破碎和颗粒的定向排列。因此,先期固结压力是影响错动带性质的重要因素。     

用快剪试验推求先期固结压力

土体先期固结压力是判断土体应力历史的关键性指标。依据Wroth在一维固结条件下提出的不排水强度与超固结比（OCR）的关系式,利用快速直剪的剪切强度计算临界状态孔隙水压力系数Λ₀,从而计算出OCR以及先期固结压力。对南京某黏土的重塑饱和黏土的试验分析结果表明,快剪试验确定的超固结比与设计超固结比基本一致,因此可作为求解土体先期固结压力的一个途径。     

关于红黏土先期固结压力的探讨

土力学传统理论认为,土的先期固结压力受控于应力历史,与曾经受到的压力有关。然而,通过室内试验发现,红黏土这类区域性特殊土的先期固结压力所表现出的规律与传统理论相悖。研究表明,红黏土的先期固结压力主要受土的成因、结构和成分制约,上覆压力对其影响甚微。笔者分析了土力学传统观点在解释红黏土特性时存在的缺陷,探讨了红黏土先期固结压力的真正含义,提出了对红黏土先期固结压力的新认识。     

基于贝叶斯集成学习算法的土体先期固结压力预测模型

准确评估土体的先期固结压力（PS）是岩土工程实践中的一个重要问题.采用集成学习算法（XGBoost、RF）来捕捉各个土体参数之间的关系,建立先期固结压力预测模型.使用贝叶斯优化方法来确定模型的最优参数,并通过与SVR、KNN和MLP三种非集成算法进行对比,统计分析了不同模型在相关系数R2、均方根误差RMSE和绝对平均误差MAPE三种误差指标下的表现;最后在5折交叉验证下,评估各个模型的预测精度及泛化性.结果表明基于XGBoost的预测精度最高,其RMSE及MAPE分别为20.80 kPa和18.29%;其次是RF,分别为24.532 kPa和19.15%.同时在PS作为回归变量的情况下,其特征重要性为：USS>VES>w>LL>PL.因此,在小规模数据集情况下,集成学习算法在预测精度及泛化性上要优于其他算法,且可作为岩土参数敏感性分析的有效方法.     

温州浅滩淤泥固结系数与固结应力关系研究

固结系数在软土压缩过程中并非常数,其变化规律与土体的工程特性、先期固结压力、有效固结应力等因素有关。当固结应力小于土体的先期固结压力时（ ）,随着应力的增加,固结系数减小;当固结应力达到其先期固结压力时（ ）,固结系数取最小值;当固结应力超过先期固结压力后（ ）,随着应力的继续增加,淤泥固结系数又逐渐增大。温州淤泥的固结系数与固结应力之间存在显著的双对数（ln( 或 )- ）线性相关性,其分段拟合公式在先期固结压力 的前后分为两段。利用“改进的门田法”求解的淤泥层在压缩过程中,固结系数的变化规律,进一步说明和验证了这一结论。利用双对数拟合公式可较准确推求整个加载过程中淤泥的固结系数,为固结沉降计算提供重要的参数。     

软土次固结特性试验研究

对广州南沙原状软土进行了一系列的固结试验,探讨了应力历史、加荷比、超载预压对软土次固结的影响。试验结果表明：软土的主次固结的划分与加荷比有关,加荷比对次固结系数C?也有影响;次固结系数主要受到先期固结压力pc的影响,当ppc时,次固结系数表现出不同的变化规律;经预压处理后土样的次固结系数与压缩指数Cc之比近似为一常数：C?/Cc≈0.03,试验成果所揭示的次固结特性对先期固结压力的依赖,为降低地基工后沉降提供了明确的思路。     

求前期固结应力的数学模型研究及应用

前期固结应力是土体的一个重要指标。从e-logp曲线形状入手,分析了既有数学模型存在的不足,提出了用著名的Harris模型来拟合e-logp曲线的思路,通过分析对比发现,该模型比传统的3次甚至4次多项式模型更优越。采用0.618法和最小二乘拟合法编写了求前期固结应力的程序,其输入数据简单,计算结果精度高。实例计算表明所提出的曲线模型具有一定的参考价值。     

孔隙型地热储层热固结变形特性试验研究

地热资源的开采会导致热储温度、压力改变,影响其固结变形特性,引发环境地质问题。以鲁西北砂岩热储开采区孔隙型地热储层为研究对象,开展不同应力、温度条件下的固结变形试验,分析固结变形特性,并对卡萨格兰德法与能量法所计算出的先期固结压力进行比较,结果表明：地热储层固结变形量与含水率、温度均呈负相关关系;地热储层自重压缩系数约为标准压缩系数的10%;计算先期固结压力时,低压缩性土可采用能量法,中、高压缩性土可采用卡萨格兰德法Harris模型、Gaussian模型与能量法;先期固结压力与温度呈负相关关系;在25～80℃范围内,初始温度越高,升温使先期固结压力降低越快。     

冻土前期固结压力的试验研究

前期固结压力 在土力学中占有重要的地位。对于融土, 是土受力历史的重要指标,与土的力学性质有着密切关系;对于冻土,由于冰和土颗粒骨架的联结使其具有一定的结构性,也应当具有类似前期固结压力的指标存在。以冻结青藏黏土为研究对象,对不同初始干重度和不同温度下的冻土试样进行 压缩试验,采用双对数法得到冻土的前期固结压力 。研究表明,这个指标尽管不同于融土前期固结压力的概念,但其对于冻土的力学性质同样具有重要意义。试验研究还发现,冻土前期固结压力与干重度和温度具有一定的关系。     

软土固结系数确定方法的研究及应用

在砂井地基固结度计算中,土的固结系数是一个十分重要的参数,土的固结系数通常通过室内试验求得,但室内取得水平向固结系数制样比较困难。利用软基处理过程中孔隙水压力监测资料来推算软土的固结系数,并和室内试验加以对比分析,总结出二者之间的相互关系及变化规律,可供同类工程设计借鉴。     

土工有限元计算中如何剔除先期固结变形

土体在重力作用下的固结变形历史上大多已经完成,土体内的自重应力场和重力场处于相互平衡状态。以此为初始条件的土工有限元计算,如果直接在模型上施加重力作外载,将产生一个较大固结变形,而这个变形对土体来说是先期完成了的,所以计算会产生不合理的结果。为此,先把初应力作为一种载荷进行理论推导,并据此提出一个如何剔除先期固结变形的方法,即先加重力,通过求解,导出土体自重应力场;然后重新开始分析,把自重应力场当初始应力导入土体单元中,再加重力进行求解,这样就剔除了先期固结变形;最后进行了算例对比分析,证明其是一种合理的方法。     

基于 BP 神经网络法求解土的前期固结压力

运用人工神经网络原理,提出基BP神经网络求解前期固结压力的模型。在MATLAB7．12．0平台上编程实现BP模型,并通过实例求解,预测结果比较好,说明BP人工神经网络求解前期固结压力是可行的。