非饱和红层路堤沉降理论与应用研究

路堤本体主要是非饱和土,其变形由3部分组成,即瞬时压密产生的变形、主固结产生的变形和次固结产生的变形,因此其理论也应反映这3部分变形。以单轴压缩红层蠕变试验为基础,提出基于非饱和土单变量理论的红层非饱和土路堤沉降计算理论;通过算例对遂渝客运专线遂宁段某工点实际填筑过程的进行了数值模拟,并对其工后沉降进行了预则,结果表明,模拟结果与现场监测数据预测的结果相符,说明该理论是正确的?     

黄土路基沉降曲线特征分析

在分析郑西客运专线试验段路基沉降实测资料的基础上,提出沉降变形常规预测方法受观测时间及单次观测结果的影响比较大,不利于用来预测最终沉降。通过分析现场沉降变形与时间关系曲线,提出路基沉降的发展主要受固结的影响,其发展是一个从沉降增加到趋缓的过程,可以明显分为固结变形及流变变形,并用非饱和土等效固结理论加以解释,提出了一种利用s- 曲线特征预测最终沉降量的方法,经检验对比发现其预测结果受观测时间及单次观测结果的影响比较小,优于其它常规预测方法     

太沙基一维固结理论在软土路基沉降变形初期阶段的开拓应用探讨

结合某高速公路K98 028、K98 470两处路堤完工一年后才开始的断续的前期沉降变形监测成果,利用太沙基一维固结理论,在缺少固结参数而又无法对多层软土路基固结参数分别反演的情况下,通过对地基整体固结参数的反演及数理统计分析,来达到沉降变形和沉降时问预测的目的;并通过与不同方法最终沉降变形预测结果之对比,及沉降预测结果与监测成果之拟合对比,进一步论证了该方法的可行性。     

超载预压处理软土的次固结特征及沉降计算

为了研究超载预压软土的次固结特征,分析超载预压处理软土地基的工后沉降,文章考虑应力历史对软土结构性的影响,模拟现场工况,对重塑洞庭湖软土试样进行超载预压后再压缩的一维固结蠕变试验。研究结果表明:经过超载预压的软土卸荷后再进行加载,压缩变形过程中主固结时间明显缩短,约为未经超载预压处理软土主固结时间的1/3,打设排水竖井对软土主固结时间几乎没影响;预压荷载越大,次固结系数越小,超载预压有利于消除软土的次固结沉降;随着建（构）筑物荷载的增加,次固结系数增大;打设排水竖井,未经预压处理软土的次固结系数略有增加,经过超载预压处理软土的次固结系数略有减小,但影响效果不是很明显。考虑应力历史,引入超载增量比,发现次固结系数与超载增量比呈线性递减关系,建立了相应的计算模型,提出了次固结沉降计算公式。试验及分析结果对预压处理地基的设计和施工具有一定的指导意义。     

考虑次固结效应的流变固结理论研究

软土的固结与蠕变是土力学研究和工程建设中需要考虑的重点问题, 但是传统的固结理论, 例如太沙基固结理论没有考虑软土的流变特性, 对软土的次固结沉降无法做出准确的解释。为了研究软土的固结与蠕变以及次固结沉降特性, 掌握其应力和变形规律, 本文对传统的固结理论进行了改进。在太沙基一维固结理论的基础上, 利用次固结系数和修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型, 建立了考虑次固结效应的一维流变固结微分方程。在太沙基三维固结理论和比奥固结理论的基础上, 利用修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型, 建立了考虑次固结效应的三维流变固结微分方程。新建立的流变固结微分方程能够更加准确地反映软土固结和蠕变性状的应力-应变-时间关系, 为软土固结沉降研究提供新的理论依据。     

沉积泥砂非线性大变形固结沉降计算模型

沉积形成的水底黏性泥砂自重固结过程表现出显著非线性大变形固结特征,应采用大变形固结理论进行泥砂沉积固结计算。基于软黏土一维非线性大应变固结理论,应用有效应力、渗透系数与孔隙比间扩展幂次函数固结本构关系,由达西定律、有效应力原理、连续介质方程等建立大变形固结控制方程,根据固结单元孔隙水渗流、单元变形与泥砂沉积层固结沉降耦合关系形成黏性泥砂大变形自重固结数值模型。泥砂自重作为固结荷载,数值模型假定沉积泥砂各向同性且固结沉降应变、孔隙水渗流仅发生于竖直方向,为一维单向沉积固结过程;采用泥砂沉降柱试验确定泥砂非线性扩展幂次函数关系参数。模型应用中,划分竖向固结单元,由沉积泥砂固结本构关系确定各固结单元有效应力及超孔隙水应力,通过超孔隙水应力时间维度上的消散过程及各固结参数间的耦合关系计算泥砂固结沉降。数值模型计算结果表明,沉积黏性泥砂自重固结初期表现为有效应力调整过程,初始有效应力与孔隙比根据固结本构关系匹配调整为扩展幂次函数关系;沉积泥砂应变与应力固结度存在20%左右误差,泥砂固结沉降发展快于超孔隙水应力消散过程,证明沉积泥砂固结沉降变形的发展与超孔隙水应力消散并非同步耦合。计算模型应用于室内沉降柱试验模拟淤积黏性泥砂自重固结沉降预测中,模型输出与试验结果符合良好。     

高温冻土区填土路基融化固结变形分析

基于修正拉格朗日（U.L）描述下的大变形固结理论和考虑相变作用的温度场得到大变形融化固结理论,对不同路堤高度下填土路基温度场和融沉变形进行研究. 结果表明：高温冻土区合理高度的路堤在5~10 a内使冻土上限略微抬升,但冻土有明显升温. 冻土上限在未来的5~10 a后会急剧下降,且路堤高度越小,下降量越大. 与小变形融化固结理论相比,大变形融化固结理论预测高含量冻土融沉变形的精度更高. 融沉量与路堤高度成正比,且随着时间的增长,融沉变形呈阶梯型发展,路堤越高,阶梯现象越显著. 定义融沉量与路堤高度之比为沉降比,研究发现路堤越低,其沉降比越大,且随时间线性增长. 沉降比是冻土融深增量的单值函数,与路堤高度无关,通过沉降比函数可以快速而实用的求出融沉变形量.     

单向压缩状态下上海地区软土的蠕变变形与次固结特 性研究

基于上海地区原状软土的一维固结试验,讨论了在不同加荷比、加荷速率及超载预压情况下软土的蠕变变形特性和次固结特性。试验结果表明:蠕变变形随应力水平、加荷速率的增大而增大。相同应力水平下,加荷比较大的土样蠕变变形较小。蠕变变形为非线性,随着应力水平的增加,蠕变变形从粘弹性到粘塑性转变,加荷比较大时,这种转变更明显。对试验结果进行曲线拟和,确定Metchell一维经验模型参数,拟和曲线与试验结果吻合较好。通过对次固结阶段试验数据的线性拟合可知,对于正常固结土,次固结系数Ca值受应力水平和加荷比的影响不大,而与加荷速率密切相关,加荷速率较大时,Ca值随荷载的增大急剧增大后略有降低。超载预压可有效减小次固结系数,从而有利于减小工后次固结沉降。     

黄土高填方地基沉降规律及排气条件影响研究

为了探知黄土高填方地基的沉降规律及影响因素,对某黄土高填方原地基沉降、孔隙水压力以及填筑体内部分层沉降的长期监测结果进行了对比分析。分析结果显示:饱和黄土原地基的沉降与孔隙水压力基本同步趋于稳定,未发生明显的蠕变变形,沉降主要是上覆填土荷载作用下的瞬时沉降和固结沉降;排气条件是影响非饱和填筑体沉降发展的关键因素,排气条件较好土层的工后初期沉降量甚至是排气条件较差土层沉降量的2倍以上,离心模型试验揭示的沉降发展规律同实测规律之间存在差异的主要原因之一就是排气条件不同。适当减缓施工速度以及合理布设排气通道有利于缩短工后沉降稳定时间,为工后建设赢取宝贵时间。     

高填石路堤蠕变本构模型及其参数反演分析与应用

结合高填石路堤工后沉降变形机理与工程特点，基于工程实测数据，提出了高填石路堤工后沉降蠕变变形的双曲线型三参数本构模型，并引进遗传算法与有限元分析理论，建立了该模型参数的反演分析方法。在此基础上，利用蠕变有限元分析手段，深入探讨了高填石路堤工后沉降的分析计算方法，并开发了相应的分析计算软件。结合某高填石路堤工程实践，探讨了高填石路堤双曲线三参数蠕变本构模型和高填石路堤工后沉降计算的应用方法。工程实例分析表明，提出的本构模型及其工后沉降计算方法简单，可以满足工程要求，初步建立了一种新的高填石路堤工后沉降计算方法。     

强夯法控制高填方变形的离心模型试验

文章通过四个模型的离心模拟试验,对某机场强夯加固后的高填方地基土的变形沉降问题进行了模拟研究,并结合现场试验对该机场高填方地基强夯处理效果进行了综合评价。试验结果表明,由于填方土高度过大,未经强夯法处理的高填方地基的最终沉降量满足不了工程设计要求;而经过强夯处理的地基,填方土体瞬时沉降和固结沉降在施工后都能迅速完成,变形和沉降可得到控制,这说明强夯法可用于控制丘陵山区高填方地基的不均匀沉降。     

A combined method to predict the long-term settlements of roads on soft soil under cyclic traffic loadings

In order to investigate the mechanism of the long-term settlement of road on the soft soil, an in situ measurement of a highway in southeast China was conducted during both the construction and post-construction stage. In the theoretical analysis, the long-term settlement of the pavement on thick soft soils was divided into three main components: the consolidation settlement, the creep deformation and the traffic load-induced deformation. The equivalent time line model based on the viscous–elastic–plastic theory was adopted to simulate the road settlement caused by the consolidation and creep of the subsoil. A cyclic strain accumulation model, which was obtained from laboratory tests of soil elements, was adopted to consider the road settlement induced by cyclic traffic loadings. A pavement dynamic response model was used to calculate the dynamic stresses in the subsoil generated by moving traffic loads when the road was open to service. It was found that the equivalent time line model combined with the cyclic strain accumulation model could predict the road settlement accurately at both the construction and post-construction stage. Numerical results showed that the traffic speed had limited effect on the post-construction road settlements for the speed range considered. The post-construction settlement of the road, mainly composed of the traffic-induced settlement and soil creep deformation, could be reduced significantly by increasing the embankment surcharge during the construction stage. The creep component accounted for over 10% of the total post-construction settlement, while the percentage of the creep deformation in total post-construction settlement decreased rapidly as the embankment surcharge increased.     

常州地区含水层系统土层压缩变形特征研究

根据近十几年来分层标和含水层水位观测资料分析了常州地区土层压缩变形特征,表明承压含水砂层中的压缩变形不容忽视,且含水砂层的压缩变形与弱透水层的粘土、粉质粘土相似,均表现出明显的变形滞后现象.为此从水位与时间关系、土层变形与时间关系和水位与变形关系出发,结合室内试验方法,通过选取常州地区含水层系统中第一、二、三承压含水层以及二、三承压含水层间弱透水层和第三承压含水层下覆弱透水层的原状土样,采用单轴侧限压缩试验,分析了常州地区砂土和粉质粘土的次固结（蠕变）特性.试验结果表明常州地区不论是粉质粘土还是砂土,均存在一定的次固结变形,从而启示我们该地区地面沉降模拟中应同时考虑含水砂层的蠕变特性.     

高填方地基的蠕变沉降计算方法

高填方地基的填方体量大、填方高度高的特征决定了高填方地基具有较大的工后沉降,可能会影响工程的实际应用,研究高填方地基工后沉降的计算方法对于控制工后沉降具有重要意义。蠕变沉降是高填方地基工后沉降的重要组成部分,试验表明,土的蠕变变形主要受时间和应力历史等因素影响。基于考虑时间效应的统一硬化模型,以瞬时正常压缩线为参考线,引入弹性瞬时压缩线,建立了可以同时考虑时间和应力历史影响的高填方地基一维蠕变沉降计算方法,并对室内试验进行了计算,计算结果与试验结果基本一致。所建计算方法所用参数除一个参数外其余都为常见参数,而新参数可以通过常规试验确定,该计算方法便于工程应用。     

基于一维固结试验的压实黄土蠕变模型

运用高压固结仪对压实黄土进行了长期蠕变试验,试验结果发现,压实黄土有很明显的蠕变变形,蠕变变形占总变形的6%～23%。试样含水率越高,压实度越小,蠕变占总变形的比例也越大,随着应力水平的提高,蠕变占总变形的比例减小。提出了适合描述压实黄土变形规律的非线性经验蠕变模型,结合分层总和法,对此模型进行了验证,并运用此模型,研究了不同含水率、不同压实度下黄土高填方工后沉降的变化规律,发现工后沉降与填料压实度和含水率之间符合对数关系。若以工后沉降速率v < 0.1 mm/d为工后沉降稳定标准,则高填方沉降在工后200～650 d稳定,且压实度越高,含水率越低,沉降稳定需要的时间越长。     

A creep model for compacted loess based on 1D oedometer testEI北大核心CSCD

A series of long-term 1D oedometer test on compacted loess has been conducted using a high pressure consolidometer. It is found that the compacted loess has remarkable creep deformation and the proportion of the creep deformation in total deformation can come up to 6%-23%. The creep deformation proportion goes higher as the water content of the sample increases and the compaction degree reduces. And the creep deformation proportion decreases with the increase of stress level. A nonlinear creep model, which can well describe the rules of post-construction settlement of compacted loess, is proposed. The validity of model is verified by comparing the results from proposed model with those from the layer-wise summation method. The proposed model is employed to examine the variation law of the post-construction settlement under the conditions of the different water contents and compaction degrees. It is found that there exist logarithmic relationships between the post-construction settlement and the compaction degree/water contents. Supposing the velocity of the post-construction settlement v<0.1 mm/d is the stabilized standard, the high embankment settlement trends to be stable in 200 to 650 days after construction. The higher the compaction degree is, the lower the water content is, the longer the time up to stable required is.     

山区公路拓宽路基与衡重式挡土墙动态相互作用的数值模拟

针对山区公路路基拓宽改建的特殊性,运用非线性有限元法,开展衡重式挡土墙修建、新路基逐层分步填筑的动态施工力学行为数值模拟。针对新路基是否加筋、加筋层位以及衡重台上下方新路基填土压实状况的差异性,对新旧路基稳定安全性、滑动面形态、沉降、挡土墙变位等力学响应的影响开展参数敏感性分析。结合室内模拟墙体不同主动位移模式下拓宽路基土工离心模型试验成果,考察新旧路基顶面沉降与挡土墙变位的动态耦合关系。在山区公路路基拓宽改建动态施工中,挡土墙的变位和新旧路基顶面沉降、差异沉降相互耦合,呈正相关关系。衡重台下方新路基填土压实不足会导致新旧路基顶面差异沉降增大。挡土墙主动外倾诱发新旧路基顶面产生较大附加（差异）沉降,宜对新路基自重压密作用造成的差异沉降予以适当修正放大后进行上承路面结构设计。     

高液限土路基的沉降变形规律

高液限土具有高天然含水率、高塑性、高孔隙比和低压实度的特点。明确高液限土路基的沉降变形规律成为其科学合理利用的关键。为此,在明确高液限土路用特性的基础上,铺筑了1条26.5 m高的高液限土高填方路基试验段,并进行了长期的沉降观测。结果表明,高液限土路基填筑期间的压缩变形量很大,填筑完成后自然沉降稳定期的固结变形量较小,路面铺筑后的工后沉降量很小,约为高度的2‰;高液限土路基的沉降量与其竖向填筑厚度基本成正比。采用简化的非饱和土固结理论对高液限土路基的沉降变形进行了模拟计算,计算结果与高液限土路基的实测沉降量基本一致,说明非饱和土固结理论可用于高液限土路基的沉降计算。高液限土路基沉降变形规律的成果说明其工后沉降不会过大,为其在公路工程中的推广应用提供了技术依据。     

强夯荷载作用瞬间饱和土层固结变形计算

在已有强夯荷载作用下饱和土层内孔隙水压力分布理论研究成果的基础上,提出了一个预估强夯荷载作用瞬间由于孔隙水压力消散所引起的饱和土层固结变形量的计算方法;讨论了固结系数、卸荷固结比等土性参数对强夯冲击荷载作用下固结变形量大小的影响,进一步解释了强夯法加固饱和土层的机理。