土压力公式的统一解

传统的土压力公式不能反映土体材料强度的中间主应力效应,但中间主应力效应是存在的且不容忽视的。基于俞茂宏统一强度理论,考虑中间主应力效应,推导了土压力公式的统一解,给出了具有广泛意义的土压力公式,可以充分发挥材料的强度潜能,Rankine土压力公式为其特例。根据不固结不排水强度指标与固结不排水强度指标,按有效应力法与总应力法对土压力的计算公式进行了推导和分析,得出了两种强度指标下的土压力公式。另外,通过已有文献的实例进行了对比分析。      

饱和黏土水土压力合算的计算公式

由于水、土压力合算法存在一定的争议,首先对国内现行水、土压力合算公式在完全不排水条件和稳定渗流情况下计算正常固结黏土水、土压力的误差进行了定量的分析,发现计算结果在大多数情况下偏危险,误差可超过40%;然后根据等效原则,推导出了饱和正常固结黏土和超固结黏土的水、土合算公式,得到的公式与文献[2]建议的公式一致,同时证明了该公式与国外采用固结不排水抗剪强度的水、土压力合算公式也一致;对于正常固结和轻微超固结饱和黏土,由等效原则得到的水、土压力合算公式高估存在渗流时主动极限平衡状态水、土压力的合力,而对于重度超固结饱和黏土,水、土压力合算可能低估存在渗流时主动极限平衡状态水土压力的合力,最危险的状态是负超静孔压完全消散时。水、土压力合算公式是采用总应力指标计算在假定完全不排水条件下饱和黏土进入主动或被动极限平衡状态时的水、土总压力,公式并不能考虑渗流对水、土压力的影响,而渗流对水、土压力的影响显著,在实际工程中应加以考虑。     

关于水土压力计算及抗剪强度指标选用的探讨

抗剪强度指标是岩土计算中的重要参数,不同试验条件下的抗剪强度指标如何在工程实践中应用关乎工程的安全稳定与否,这一问题一直是工程界争论的热点.从基本概念入手,对一些似是而非的概念进行了梳理,提出了水土合算无实际工程意义,有效自重压力不能等同于有效应力的论断,概括了工程实践中如何选用抗剪强度指标的基本思路,期望能对正确理解土力学原理及工程实践有借鉴指导意义.     

水土压力统一计算理论的提出和发展

地下结构上水土压力的合算与分算既关系到基坑围护的设计,又关系到地下结构的抗拔桩设置。现场数据表明,砂性土采用水土压力分算是合理的,但黏性土采用水土压力合算是否合理一直是学术界与工程界争论的焦点问题。为解决争议,笔者提出了可以统一水土压力合算与分算的方法,作为一个逻辑上自洽的理论,实现了水土分算与合算之间的过渡,为水土合算提供了理论基础。回顾该理论的提出过程,对其合理性做了进一步说明,分析了该理论的学术价值和发展前景。     

基于充分浮力理论的有效应力原理公式推导

有效应力原理奠定了土力学的基础,具有十分重要的地位,而学术界对有效应力原理的推导过程争论较多。为揭示有效应力原理所蕴含的物理力学本质,阐明基本概念、澄清认识上的误区,以饱和土体为研究对象,通过“充分浮力作用”的概念,从一个新的角度推导了土体在自重和外载作用下有效应力原理公式的得出过程,分析了“忽略颗粒接触面积从而推得有效应力原理公式”这一公认方法的不妥之处;根据有效应力原理的本质,提出了一个关于饱和岩石、混凝土有效应力原理的简明修正方法,通过该修正方法得出的有效应力公式与前人的研究成果有较好的吻合。     

基于统一强度理论朗肯土压力参数的正交试验

经典朗肯土压力理论是土压力计算的重要理论之一,采用统一强度理论主应力型表达式和平面应变假设,首先将挡土墙土压力问题视为平面应变问题,通过广义虎克定律确定出中主应力,并根据朗肯土压力分析原理确定出另外一个主应力,最后结合统一强度理论主应力型表达式分别推导了朗肯主动土压力和被动土压力的计算公式。经典的朗肯土压力计算公式仅为该统一解的特例。最后通过算例采用正交试验设计对反映中主应力影响的中间主剪应力系数、粘聚力、内摩擦角、重度 4种因素进行了敏感性分析。结果表明,中主应力对朗肯土压力计算结果的影响是一个不可忽视的重要因素。      

非饱和土条形地基太沙基极限承载力三剪统一解

基于三剪统一强度准则和非饱和土双应力状态变量抗剪强度,考虑中间主应力效应、材料拉压不等特性和强度准则差异的影响,建立了非饱和土抗剪强度三剪统一解,并在此基础上推导了非饱和土条形地基太沙基极限承载力的计算公式。通过可行性分析及算例论证,验证了所推公式的正确性,探讨了中间主应力效应、强度准则、基质吸力、有效内摩擦角和有效黏聚力等参数对非饱和土条形地基极限承载力的影响规律。研究结果表明:中间主应力效应和强度准则对非饱和土条形地基太沙基极限承载力具有显著影响,中间主应力效应越显著,极限承载力越高,说明考虑中间主应力效应可以更加充分发挥材料的强度潜能,也说明强度准则差异对地基极限承载力的预测具有重要作用。基质吸力对非饱和土条形地基太沙基极限承载力具有双重影响:在低基质吸力范围内,极限承载力随基质吸力的增大线性提高;当基质吸力增大到进气值时,极限承载力达到峰值;在高基质吸力范围内,极限承载力随基质吸力的增大逐渐降低,最终趋于稳定。非饱和土条形地基太沙基极限承载力随有效内摩擦角和有效黏聚力的增大显著提高。非饱和土太沙基极限承载力三剪统一解包含了多种屈服准则下地基承载力的计算公式,具有较广泛的适用性,可为实际工程应用提供参考。     

边坡稳定性分析中的渗透力计算方法考证

针对土力学中渗透力概念模糊、计算方法不统一的问题,从饱和土体的两相介质组成特性研究出发,全面阐释了饱和土体中与水相关的作用力概念,揭示了各种水作用力对土体骨架的面力作用本质。建立了渗流条件下土体、土骨架和孔隙水体的受力分析模型,推导了土中水流动形成的渗透力计算公式。从土体受力分析的弹塑性有限元和极限平衡分析方法两个角度,阐述了渗透力荷载效应的计算模式。分析结果表明:在有限元方法中采用有效应力原理进行土体受力分析可以正确反映渗透力荷载效应;条分法中的面力模型也可完全代表渗透力的荷载作用效应,但由于条分法中条间力假定的存在将导致渗透力荷载效应不能全面得到反映。边坡稳定性分析的水土合算总应力法在理论上是不完备的,而基于有效应力思想的水土分算法将条块边界上所有的水压力都作为条块受力分析的荷载,从而可以全面地反映渗透力的荷载效应,因此,在考虑渗透力作用方面是精确的。     

水土合算法土压力计算时的强度指标

提出了水土合算时接近其实际固结状态和应力路径的强度指标公式,据此分析了常规三轴压缩指标应用时可能引起的误差.     

超固结软黏土的静止土压力系数与不排水抗剪强度

通过应力路径三轴试验对不同超固结比下饱和软黏土的K_0系数及K_0超固结软土的抗剪强度进行了研究,提出了超固结软土的K_0系数计算公式,基于各向异性屈服准则推导了K_0超固结软黏土的不排水抗剪强度,并与试验结果对比证明了计算公式的有效性。分析表明,常用的Mayne-Kulhawy K_0系数计算公式过高地估算较大超固结比OCR时的K_0系数,同时所提出的K_0超固结软黏土不排水抗剪强度公式通过考虑土体K_0系数随OCR的变化,避免了假设以有效上覆压力表示的回弹线斜率为常数所存在的问题。通过与试验结果对比表明,该公式能较好地预测K_0超固结土体的不排水抗剪强度。     

软土抗剪强度指标随固结度变化规律分析

常规的抗剪强度指标黏聚力c和内摩擦角φ无法准确描述堆载作用下任意固结度时软土的力学特性,而现有的考虑软土抗剪强度值随固结度增长的极限平衡法无法得出应力场、位移场等实际工程需要的数据,因此,基于理论推导和室内试验,对堆载作用下软土抗剪强度指标随固结度的变化规律进行了分析。对现有的2个计算公式进行了对比分析,得出它们具有等价性。从孔隙水压力的角度进行分析,提出了新的计算公式,并且得出内摩擦角随固结度单调递增,黏聚力随固结度单调递减的变化规律。当固结度一定且不为100%时,黏聚力与初始固结压力呈线性增长的关系,内摩擦角与其无关。室内试验表明,由于综合考虑了有效应力参数和总应力参数,新推导公式与试验结果吻合得更好,证明了新推导公式正确性和优越性。     

循环荷载下饱和黄土不排水强度退化规律试验与理论研究

循环荷载作用下饱和黄土的不排水抗剪强度会出现退化。退化主要由两方面的原因引起：一是超孔隙水压力的产生而导致有效应力的降低;二是塑性残余变形的累积导致土体内部结构发生了改变。首先基于静三轴不排水剪切试验结果,提出了饱和黄土不排水强度比随超固结比以及初始剪切变形变化规律的拟合公式。在此基础上,引入似超固结比的概念来考虑超孔隙水压力的影响,应用拟合公式来考虑剪切变形的影响,最终推导出了饱和黄土不排水强度的退化公式,与试验结果的对比证明了理论公式预测结果的合理性。     

有效应力法和有效固结压力法在预压地基强度计算中的应用

计算预压地基抗剪强度的现行规范公式是基于土体不等向固结过程推导而来的,理论上并不适用于含有等向固结过程的预压地基。为此,分析现有强度增长理论(有效应力法和有效固结压力法)的计算原理,基于有效固结压力法并结合不同类型预压土体的固结过程,推导了计算预压地基抗剪强度的新公式;从理论分析的角度讨论了规范公式和新公式应用于真空预压和联合预压时的计算结果,最后结合某联合预压地基处理工程检验了规范公式和新公式的适用性,并对比分析了计算强度与实测强度的差异。结果表明:有效固结压力法可以考虑土体在等向固结和不等向固结中强度增长的差异,规范公式理论上仅适用于堆载预压地基的强度计算;规范公式对真空预压和联合预压地基强度的理论计算值均小于所提出的新公式,两者相对误差的大小仅与土体内摩擦角φ_(cu)有关,且随φ_(cu)的增大而增大;在某联合预压地基处理工程中,新公式的强度预测值相较于规范公式与实测值更为接近,能更加准确地反映地基土强度增长规律。根据不同预压类型来选取相应的强度计算公式,这对于实际工程计算有一定的参考意义。     

有效应力法和有效固结压力法在预压地基强度计算中的应用

计算预压地基抗剪强度的现行规范公式是基于土体不等向固结过程推导而来的,理论上并不适用于含有等向固结过程的预压地基。为此,分析现有强度增长理论(有效应力法和有效固结压力法)的计算原理,基于有效固结压力法并结合不同类型预压土体的固结过程,推导了计算预压地基抗剪强度的新公式;从理论分析的角度讨论了规范公式和新公式应用于真空预压和联合预压时的计算结果,最后结合某联合预压地基处理工程检验了规范公式和新公式的适用性,并对比分析了计算强度与实测强度的差异。结果表明:有效固结压力法可以考虑土体在等向固结和不等向固结中强度增长的差异,规范公式理论上仅适用于堆载预压地基的强度计算;规范公式对真空预压和联合预压地基强度的理论计算值均小于本文提出的新公式,两者相对误差的大小仅与土体内摩擦角φ_(cu)有关,且随φ_(cu)的增大而增大;在某联合预压地基处理工程中,新公式的强度预测值相较于规范公式与实测值更为接近,能更加准确地反映地基土强度增长规律。根据不同预压类型来选取相应的强度计算公式,这对于实际工程计算有一定的参考意义。     

岩土类软化材料的柱形孔扩张统一解问题

用应力一次跌落应变软化模型来模拟岩土软化材料特性，采用双剪统一强度理论的屈眼函数形式，推导了柱形孔扩张问题应力场及位移场的统一计算公式，分析了不同模型、不同软化程度对柱形孔扩张时应力、位移及塑性区开展规律的影响。     

油气管道顶管施工中顶力预测模型

顶力计算是顶管施工的重要内容,关系到整个工程的造价和成败。通过对顶力预测进行理论分析,针对混凝土顶管施工建立顶力计算模型,依次计算总顶力的两个组成部分：顶进正面阻力和管周摩擦阻力。采用朗金主动土压力理论计算水平土压力,砂性土采用“水土分算”方法而粘性土采用“水土合算”方法,进而计算顶进正面阻力;结合土柱压力理论和马斯顿压力理论,分别建立相应的管周土压力模型,给出管周总摩擦阻力的计算方法。得到适用条件明确、计算结果可靠的顶力计算公式,该公式的计算结果与工程实例相比较,满足工程要求。     

原状土的抗剪强度研究

为了研究土的现场原位与室内试验抗剪强度指标的关系,根据饱和土固结理论,土的固结过程就是在某一压力作用下有效应力增大、孔隙水压力消散的过程。因此,随着有效应力增大土的孔隙比减小,而土的抗剪强度增大,土的压缩曲线与土的抗剪强度线之间有一一对应关系,从土的现场原位和室内压缩曲线出发,研究了加、卸载过程中土的抗剪强度的变化规律,然后根据土的卸载抗剪强度的计算方法推导出土的黏聚力和土的内摩擦角两者之间的相互关系,最后分析得到了原状土抗剪强度的计算方法     

基于双剪统一空间轴对称特征线场理论的竖井井壁压力计算方法

基于双剪统一强度准则提出了有重材料的双剪统一空间轴对称特征线场理论,并用该特征线场理论研究了岩土工程中竖井井壁压力的计算问题,得出了新的井壁压力计算表达式。算例结果表明,由双剪统一空间轴对称特征线场理论导出的竖井井壁压力随井深的变化是非线性的,强度统一强度准则中的参数b对井壁压力计算结果有较大影响,在相同井深条件下,井壁压力随b增大而减小。     

正常固结饱和粘性土的不排水强度

本文以有效应力强度理论和Henkel孔隙水压力公式为基础,建立了各种类三轴与平面应变试验条件下正常固结饱和粘土的不排水强度公式及相互关系;初步估计了粘土强度随固结增长的计算公式.     

非饱和土抗剪强度及土压力统一解

基于统一强度理论和非饱和土双应力状态变量抗剪强度,合理考虑中间主应力效应,建立了非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解,并与文献试验结果进行比较,验证了公式的正确性;进而考虑基质吸力的不同分布,得到非饱和土主动土压力和被动土压力统一解,克服了朗肯土压力的不足,并得出中间主应力和基质吸力对土压力的影响特性。研究结果表明,主动土压力随着统一强度理论参数和基质吸力的增大而不断减小,被动土压力则相反;当基质吸力沿深度线性减小时,主动土压力和被动土压力都不像基质吸力沿深度为常数时变化得那么快。该结果为非饱和土抗剪强度和土压力分析提供了理论依据,对工程设计有一定的参考价值。