土工格栅与砂土的细观界面特性研究

对大尺寸土工格栅筋土拉拔试验进行颗粒流数值模拟,从细观角度研究了筋土界面特性。分析结果表明,利用颗粒流理论及程序中的"clump"方法开发的类三角形砂土颗粒与实际砂土颗粒性状较一致;拉拔过程中筋土上下界面并不对称,下界面扰动范围比上界面大;在砂土密实度及法向应力较低情况下,筋土界面厚度随法向应力的增大而减小,两者呈一负相关的线性关系。     

砾钢渣抗液化特性试验研究

陈化的钢渣作为土工回填材料是废弃钢渣循环利用的主要途径之一。按土的工程分类方法,将废弃钢渣划分为砾钢渣、粗钢渣和细钢渣。针对砾钢渣,考虑固结应力比、振动频率、围压和含砾量等影响因素开展动三轴试验研究。分析了砾钢渣的应力、应变和动孔隙水压力的特性,分析了砾钢渣试样的动强度与振动次数、动应变与振动次数、孔隙水压力与振动次数和动应力与动应变关系。采用Seed和Finn提出的饱和砂土动孔压计算模型分析砾钢渣的动孔压曲线类型,并与传统砂砾土的抗液化强度进行比较。得出砾钢渣的抗液化特性较好,工程中可以用砾钢渣替代传统的砂土、砂砾土、砂砾料和砂卵石作为回填料,解决砂砾资源日渐短缺的问题。     

剪切速率和材料特性对筋-土界面抗剪强度的影响

土工合成材料与填料之间的界面强度参数是加筋-土工程设计的关键技术指标,筋-土界面的直剪试验和拉拔试验在界面剪切特性试验研究中应用最为广泛。利用土工格栅、土工织物与砂土的直剪试验和拉拔试验,研究了剪切速率和筋材性质对筋-土界面强度的影响。研究结果表明,当剪切速率不超过一定界限（如7.0 mm/min）时,其对直剪试验结果的影响可以忽略;筋-土界面强度受加筋材料及砂土特性的影响,双向聚丙烯土工格栅和土工织物与砂土之间的内摩擦角与纯砂接近,界面强度较高,而玻纤格栅因其延伸率低和网格尺寸较小,与砂土的界面强度比较低。     

孔压静力触探用于含浅层生物气砂土工程特性的试验研究

含浅层生物气的砂土是一类特殊的非饱和土,由于此类砂土中含有封闭的生物气,生物气的存在对砂土的工程性质影响较大,使其有着有别于一般饱和砂性土的特殊工程特性。采用孔压静力触探仪,对砂土是否含有生物气进行了初步判别,然后对生物气释放前后砂土的承载性能进行了现场和室内试验对比研究,认为在含气砂土不发生渗透破坏的情况下生物气的缓慢释放会提高砂土的承载力,对砂土上部建筑物的稳定是有利的。     

含浅层生物气砂土孔压静力触探试验研究

含浅层生物气的砂土是一类特殊的非饱和土,由于此类砂土中含有数量不等的生物气,生物气的存在对砂土的工程性质影响较大,使其有着有别于一般砂性土的特殊工程特性。本文采用孔压静力触探仪,对河湖相沉积的砂土是否含有生物气进行了初步判别,然后对生物气释放前后砂土的承载性能进行了现场和室内试验对比研究,认为在不发生渗透破坏的情况下,生物气的缓慢释放会提高砂土的承载力,有利于砂土上部建筑物的稳定。     

饱和层状砂土液化特性的动三轴试验研究

利用GDS动三轴试验系统采用等幅循环应变加载方式对含有不同厚度粉土的饱和层状砂土进行了液化强度试验。分析了均匀砂和含有不同粉粒层厚度的层状砂土在循环荷载作用下的变形和力学特性。试验分析表明：由于含粉粒夹层的层状土特殊的土体结构,其孔隙水压力发展规律与一般的无黏性砂土不同;饱和层状砂土的抗液化强度并不是随着粉粒层厚度的增加而单调增加的,而是存在一个临界点;液化临界剪应变的大小与液化判别标准和循环次数有很大关系。试验结果表明,粉粒夹层对层状砂土的液化特性有很大的影响,且更能模拟自然环境条件下的层状砂土地基液化特性。     

土钉墙滑移面的数值模拟

针对基坑上部为黏性土、下部砂土,就土钉支护结构的滑移面的形状问题,采用有限元软件Plais和ANSYS对土钉墙滑移面进行数值模拟,得到上部黏性土中为近似圆弧型,下部砂土中为直线型,其界线点在黏性土和砂土的分界面上,且滑移面不通过趾脚.用该滑移面进行土钉墙支护设计,可节省部分经费,并减轻工人的劳动强度.     

饱和粉土振动液化分析

液化是造成场地地震破坏的首要原因之一。自Casagrande的经典工作以来,对地震液化的研究已经取得了很大的进展。然而这些研究大多是针对于砂土而进行的,对于粉土液化研究的相对较少,且粉土的液化特性也有别于砂土。因此,在已有研究的基础之上利用粉土液化试验得出的结果,分析了粉土液化的机理、影响因素以及在振动过程中粉土中孔隙水压力的增长规律,认为粉土中的粘粒含量、密实度以及土的结构性对其抗液化能力有较大的影响。考虑到试验中振动次数的离散性,引入了时间参数的概念,根据动三轴试验结果提出了孔隙水压力增长的经验公式,可以比较方便地应用于计算液化的有限元程序中去。     

强度弱化条件下饱和砂土地基中桩-土相互作用p-y曲线研究

在地震荷载作用下,可液化土层中的桩基础往往会由于地基土体液化而发生破坏。在此过程中即使土体最终没有达到完全液化,但由于超孔隙水压力的存在,饱和砂土会发生强度弱化,也会导致土体对桩身水平抗力的降低。此时若不考虑超孔隙水压力对土抗力的影响,仍然采用API规范中的p-y曲线对桩基础进行设计,结果将偏于危险。针对这种情况,首先利用竖向-扭转双向耦合剪切仪对饱和砂土进行了循环扭剪动强度试验,研究了不同弱化状态下饱和砂土的动力特性和弱化参数;然后基于浅层处改进的土楔体理论模型推导极限土抗力公式,并结合深层处的绕桩流动破坏理论模型,得到了任意深度处不同孔压比下的极限土抗力,进而构造了不同弱化状态下饱和砂土地基中桩-土相互作用的p-y曲线。通过研究发现:表征土体强度弱化状态的孔压比对桩-土相互作用的极限土抗力的影响非常显著,孔压比越大,土体强度弱化程度越严重,饱和砂土的极限土抗力值就越小,即横向受荷桩对周围土体的作用随着土体强度弱化程度的增加而降低,反之则增大。     

平均粒径对砂土剪切特性的影响及细观机理

针对平均粒径对砂土剪切特性的影响作用,结合室内试验和离散元模拟方法对不同平均粒径砂土进行了细观研究。基于3种不同平均粒径砂土的直剪试验结果,通过建立反映砂土剪切试验特征的PFC（particle flow code）颗粒流模型,详细研究了不同粒径砂土在剪切过程中土样体积变化、力链网络、孔隙率和配位数等细观结构参数的变化特征和规律,并从细观角度分析了颗粒粒径对土样宏观剪切特性的影响机制。结果表明：具有不同平均粒径砂土的细观结构参数在剪切过程中存在显著差异,并且其细观参数差异主要集中体现在剪切带处;剪切力学特性的影响主要体现在抗剪强度和剪胀效应方面,砂土平均粒径越大,抗剪强度越高,剪胀效应越明显;具有不同平均粒径的砂土在剪切过程中土颗粒运动规律及剪切带形态变化特征存在一定的差异,平均粒径越大,剪切带内上跨式颗粒占比越大,剪切带厚度越大。     

细粒含量对饱和砂土动弹性模量与阻尼比的影响研究

利用GDS循环三轴试验系统,进行一系列不同细粒含量砂土的不排水动三轴试验,研究细粒含量对饱和砂土动弹性模量与阻尼比的影响。试验结果表明,砂土的动弹性模量随细粒含量的增加而减小,但当超过细粒含量的临界值30%后,变化趋势则相反;阻尼比随着细粒含量的增加呈现先增大后减小的趋势,其细粒含量的临界值也为30%。当细粒含量小于30%时,砂土的动力特性主要由粗粒决定,粗粒间形成的骨架孔隙比随细粒含量的增加而增大,相同应变水平下抵抗变形的能力随之减弱,从而使动弹性模量减小。同时,土颗粒间接触点的减少使应力波在土中传播速度变慢,使得土体对动荷载反应的滞后性增强,阻尼比随之增加;当细粒含量大于30%后,砂土的动力特性主要由细粒决定,细粒间孔隙比随着细粒含量的增加而减小,从而使砂土的动弹性模量与阻尼比呈现出相反的变化趋势     

不同土壤类型与含水率对水平埋管换热性能影响数值分析

为揭示地源热泵系统水平埋管换热器在不同土壤类型中的换热性能,基于土壤毛管水理论知识,结合数值模拟的研究手段,探讨了蓄能不同类型土体内(砂土、壤土、黏土)三相组成的差异对水平埋管换热器换热特性的影响规律。结果表明,在通入308.15 K制冷工况下,水平管在壤土中的出水温度降低至303.3 K,进出口水温差为4.9 K,埋管单位延米换热量37.1 W/m,水平管在壤土中的制冷换热效益显著;不同土壤(砂土、壤土、黏土)在经历相同制冷周期下,水平管的换热过程对壤土的温度场分布影响最小,管体在壤土中运行时热堆积风险系数最低。研究表明,水平管与土壤的换热性能同时受土壤比热容与土壤导热系数的影响,提高土壤导热系数比提高土壤比热容获得的效益更加显著。可以通过压实回填、减少土壤孔隙率、提高固相回填材料导热系数、加大布管深度以提高回填材料含水率等方法来强化埋管的换热性能。      

水库粗粒土回填区移民安置场地地基土特性研究——以大渡河长河坝水电站野坝移民安置点为例

通过对大渡河长河坝水电站野坝移民安置场地地基土特性的研究分析,并横向类比多个同类型粗粒土回填垫高区移民安置场地,总结出粗粒回填土场地地基土岩土工程特征,提出了回填块碎石土物理力学参数建议值,并给出了地基基础形式的建议,对其它类似工程起到了一定的借鉴作用。     

黄泛区地铁渣土制备高流动土试验研究

利用黄泛区地铁工程废弃土制备不同配比的高流动土,并对其工程特性及应用进行研究,提高工程废弃土的利用率,为实现工程低碳排放具有重要意义.取用郑州地区地铁工程废弃粉黏土、粉砂土作为原料,掺入一定比例的水泥和水,配制了24组不同土类、不同配合比、不同预拌时间等影响的流动土试样.利用流动性试验、泌水试验测试时间对流动土流动特性的影响,推荐了粉黏流动土流动性随时间变化经验公式.通过图像三轴仪,测试了粉黏流动土固化后的无侧限强度及变形特征,分析了不同破坏模式.试验结果表明,粉砂土流动土的流动性强于粉黏流动土,泡沫能增加流动土的流动性.大部分流动土在2小时内流动性能满足工程的要求,当需要增加预拌时间时,需要综合考虑强度和流动性需求.粉黏流动土试样剪切后有剪切破坏、压缩破坏、劈裂破坏等3种破坏模式,其受水泥掺量不同而改变.通过流动损失率、强度、变形等分析了该地区高流动土的工程应用控制指标和对策,对于指导该地区地铁废弃渣土的工程应用提供试验依据.      

考虑水合物填充和胶结效应的深海能源土弹塑性本构模型

水合物的填充效应和胶结效应增大了能源土的密实性和强度,使能源土呈现出类似于密实砂土或胶结土的性质。在黏土和砂土的统一硬化模型(CSUH模型)框架下,总结了能源土的力学性质,引入压硬性参量描述水合物对能源土填充和胶结双重作用下的等向压缩特性,引入黏聚强度修正屈服函数并构建了黏聚强度的演变规律,利用状态参数调整剪胀方程,反映能源土剪胀、软化等特性对密实度的依赖性,从而建立能够描述能源土强度、刚度、剪胀与软化等特性的弹塑性本构模型。编制了模型的测试程序,把模拟结果与能源土室内试验结果进行对比。结果表明:提出的弹塑性本构模型能够较好地描述能源土的应力-应变关系、剪缩硬化和剪胀软化等力学特性。     

基于自由场大型振动台试验的饱和砂土固-液相变特征研究

基于饱和砂土自由场地大型振动台试验,利用加速度记录的线性方法反演得到模型地基土动剪应力-动剪应变,并根据流体动力学相关理论,引入非牛顿流体中的表观黏度、零剪切黏度等概念,对场地液化后的剪切稀化特征进行探讨,研究了饱和砂土在地震荷载下的固-液相变特征。研究结果表明:大震激励时,饱和砂土层上部土体孔压比达到1,饱和砂土液化,从动剪应力-动剪应变曲线变化中可知液化后的砂土动剪切模量下降明显,这表明土体逐渐软化;从动剪应力、动剪应变推导得出的饱和砂土剪应力-剪应变率变化趋势与非牛顿流体的流变曲线相近,且饱和砂土上部液化土层的表观黏度大幅下降,液化后砂土表现出"剪切稀化"的假塑性流体特性。     

成都地铁卵石层中盾构施工开挖面稳定性研究

随着我国社会经济的发展,越来越多的城市开始规划和修建地铁,在此期间,部分城市在地铁建设中遇到了地质条件非常复杂的砂卵石土层,特别是正在建设中的成都地铁1、2号线,区间隧道几乎全部从卵石土层中穿越,根据设计,成都地铁1、2号线部分区间隧道采用加泥式土压平衡盾构法施工。利用土压平衡式盾构施工时,开挖面支护土压力控制是保证掘进顺利进行的关键,目前国内外在这方面的研究主要集中于砂土和黏性土,关于卵石土盾构隧道开挖面变形与破坏的研究很少。基于此,根据卵石土具有强烈离散特性的特点,利用颗粒离散元数值方法,对卵石土层土压平衡式盾构施工中开挖面支护应力不足引起开挖面的变形及破坏问题进行了分析研究,探讨了隧道开挖面变形及破坏问题。研究结果显示:（1）开挖面极限支护应力远小于土体原位静止土压力;（2）开挖面失稳后,开挖面前部的滑动块为一曲面体。这为卵石土地层中盾构开挖面控制压力的确定提供参考。     

陶粒粉煤灰混凝土在桥涵台背回填中的应用研究

通过材料性能试验、土工离心模型试验和数值计算,研究陶粒粉煤灰混凝土的物理力学性能及其在桥涵台背回填的应用效果。首先,通过材料性能试验研究不同配合比的陶粒粉煤灰混凝土的物理力学性能;其次,通过土工离心模型试验和数值计算研究陶粒粉煤灰混凝土用作桥涵台背回填材料时,作用于台背的土压力和回填体的变形特性。研究发现：陶粒粉煤灰混凝土具有轻质、高强度、高模量和易施工等诸多优点;陶粒粉煤灰混凝土回填体作用于台背的土压力明显小于常规回填材料;回填区和地基的沉降变形亦明显小于其他材料。结果表明：陶粒粉煤灰混凝土作为台背回填材料具有明显的优越性,是一种值得推荐的桥涵台背回填材料。     

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。     

砂土边坡深埋桩变形破坏的三维数值分析

利用三维弹塑性有限元,对砂土斜坡上刚性深埋桩水平载荷时的变形破坏进行了解析.在有限元解析中,考虑了砂土材料的低抗拉特点.结果表明,有限元计算所得到的桩基水平荷载与水平位移关系与现场实测值基本一致.此外,还利用三维有限元的解析结果,对深埋桩基随深度方向的土压与位移分布以及受压、受拉破坏的渐进性状态进行了合理的分析.