黏性土基于扰动状态概念的应力应变关系及压缩变形分析

通过引入扰动状态概念(disturbed state concept,DSC)对黏性土的应力应变关系及其压缩变形进行定量分析研究。选取相应土的重塑状态作为土体材料的完全调整状态,土的初始响应为相对完整状态下的行为。建立一个新的扰动模型,反映土在外力作用下微结构的动态变化过程。并通过黏性土的高压固结试验对模型的合理性进行验证,为工程提供更为准确的力学参数。     

基于扰动状态概念的含水合物土弹塑性模型

含水合物土是由水合物赋存在土体中形成的特殊土,其力学特性不仅与饱和度有关,和赋存模式也有很大的关系。不同赋存模式的水合物胶结结构不同,其力学特点也不尽相同。考虑含水合物土在荷载作用下胶结结构会发生破坏,采用扰动状态概念,建立含水合物土的应力-应变模型来描述胶结结构受载破坏的全过程。同时,采用水合物的有效饱和度表示的伤变量来描述含水合物土的内部结构的在受载条件下的发展规律。根据含水合物土的力学行为,采用理想弹塑性模型和摩尔-库仑模型来描述两个参考状态,形式相对简单,参数易于确定。最后通过三轴剪切试验对模型进行了检验,结果表明该模型能较为合理的模拟含水合物土在扰动过程中的变形特点。     

基于扰动状态理论的软土压缩变形试验

基于扰动状态理论对漳州和东莞软土扰动样和重塑样单向压缩变形的结构性特征进行了分析,利用重塑样试验数据还原了原状样的压缩曲线,将变形中的土体视为相对完整状态和完全调整状态的混合物,定义原状土样为相对完整状态、重塑土样为完全调整状态,且分别用土弹性模型和修正剑桥模型表达,扰动函数与荷载对数具有较好的幂函数关系,因此建立了土体应力应变关系扰动状态模型,并通过压缩试验结果对模型合理性进行了验证。结果表明,该模型能较好地描述土体压缩变形特性,且参数确定简单易行,为软土地基工程沉降分析提供了一定参考。     

结构性土压缩曲线的数学模拟

在总结结构性土压缩特点的基础上,以岩土破损力学理论中的弹塑性元（软弱带）为参照状态,通过引入一个可以表征土体结构影响的结构状态参数 ,建立了结构性土压缩曲线的数学表达式。通过结构性土的单轴压缩试验和等向压缩试验,验证了建议的模型可以较好地模拟结构性土的压缩变形特性。由于建议的表达式可以反映结构性土的压缩曲线在 - 坐标中的非线性,对于结构性土的沉降计算有一定的理论意义。     

结构性对琼州海峡软土压缩特性的影响

天然软土大多具有结构性，且结构性因地而异。通过室内试验研究了结构性对琼州海峡两种海洋软土压缩特性的影响，并结合琼州海峡铁路轮渡工程，讨论了土结构性的存在对该工程防波堤地基处理工程效应的影响。     

基于扰动状态概念的桩–土相互作用的新荷载渐进性传递模型

结合扰动状态理论(DSC),详细地分析了桩–土相互作用的荷载渐进性传递机制,提出基于DSC的荷载传递函数及其参数辨识方法。基于Matlab编程,重点分析了模型参数对τ-s曲线的影响规律。分析结果表明,参数η对桩土界面的强度特性的影响具有决定性作用,反映了桩土界面单元强度分布的集中程度,合理地选取参数η可以较好地描述桩–土界面的硬化、软化及弹塑性特性;参数ξ、τ-f对界面的强度特性影响较小,参数的改变只对最大侧摩阻力值产生影响,ξ、τ-f越大,侧阻力的极值也越大,但对τ_s曲线的线形几乎无影响;参数k对界面强度特性和τ-s曲线的线形都有一定的影响,k越大峰值强度越大,界面强度越高,达到侧摩阻力峰值所对应的界面位移越小。结合依托工程,理论模型计算结果与现场试桩实测值吻合较好,检验了该模型的正确与可靠性,对工程实际具有重要指导意义。     

无黏性土的压缩特性及模型

我国南海神狐海域海底沉积物主要由钙质砂与无黏性土组成,其力学性质对海洋工程的稳定性具有显著影响。无黏性土的压缩特性是研究其力学性能的重要内容之一,为分析不同荷载作用下土样的压缩特性,利用高压三轴仪试验系统,开展了不同砂含量及不同初始孔隙比下无黏性土样的等向压缩试验。试验结果表明：在试验采用的高有效应力下,无黏性土具有显著的过渡土性质,初始组构难以被改变;随多孔易碎钙质砂含量的增加,土样可压缩性和压缩曲线的收敛度均增加,钙质砂的破碎显著改变了初始组构。提出可以描述含砂无黏性土压缩特性的数学模型,所含参数物理意义明确且易于确定。与不同砂土压缩试验数据对比发现,该模型对其他种类土同样具有较好的拟合度,验证了本模型的广泛适用性。与已有压缩模型的对比,验证了本模型的实用性,为无黏性土应力-应变关系的理论研究提供基础。     

不同加载速率下岩石强度特性的扰动状态概念理论分析

岩石的强度特性受很多因素的影响,加载速率是其中很重要的影响因素之一.利用扰动状态概念理论,建立了非线弹性岩石材料的本构模型.采用RMT-150B岩石力学试验机对砂岩试件进行了四种不同加载速率下的单轴压缩试验,得到了不同加载速率下砂岩的应力-应变全过程曲线,并分析了加载速率对岩石强度特性的影响.通过建立的扰动状态本构模型对岩石的应力-应变关系进行了模拟.相关研究及分析比较表明,该模型与试验结果较为一致.     

扰动结构性软土地基的沉降特性分析

天然软黏土一般都具有一定的结构性,地基处理会改变结构性软土的工程特性。对比扰动软土原位和室内压缩曲线,分析了扰动软土的沉降机理及其压缩性的上下限,给出了考虑扰动影响的结构性软土沉降计算公式。算例分析表明,在孔隙比e0和0.42e0之间所对应的应力水平范围内,扰动会增加地基沉降量,附加沉降量大小与应力水平、扰动度直接相关,通常在0.1～0.3 m之间,但随着应力水平的提高,不同扰动度的结构性软土地基的最终沉降量将趋于相同,得出的有关结论具有工程参考价值。     

Analysis of the compression of structured soils using the disturbed state concept

The aim of this note is to quantify the influence of soil structure on the compression behaviour of natural soils using the disturbed state concept (DSC). The behaviour of the fully adjusted state is chosen to be that of the corresponding soil in a reconstituted condition so that the disturbance function is a direct measure of the effects of soil structure. A new DSC compression model is proposed. This model is able to describe the compression behaviour of structured soils under loading, swelling and reloading. Special versions of the proposed model are also described for situations (a) where the compression behaviour of the corresponding reconstituted soils is linear in the e–ln p′ space and (b) where the compression is one‐dimensional. The ability of the proposed model and its various versions to describe the compression behaviour of structured soils has been verified. Copyright © 2000 John Wiley & sons, Ltd.     

考虑各向异性的软黏土扰动状态本构模型

以大量试验结果为依据,运用物理意义明确、获取简便快捷、经济实用的土电阻率结构指标进行软黏土扰动变量的表征和测定。以三轴试验与电阻率测试结果为基础,进行了扰动函数的构建。在软黏土扰动状态描述中,引入旋转硬化因子,用以考虑应力诱发各向异性,进而构建了考虑各向异性的软黏土扰动状态概念本构模型。模型从一定程度上克服了传统扰动变量获取方法的弊端,克服了传统借用数学演绎手段建立扰动函数的不足,提高了模型应用的适用性。在模型构建中,融入初始应力各向异性的影响,从而使模型能更好地反映软土实际工程情况。三轴排水剪切试验验证结果表明,该模型可较好反映软黏土受荷下的结构变化情况和受力特性。     

高温岩石的扰动状态本构模型

诸多岩石工程都涉及高温岩石问题,开展高温下岩石的本构关系尤为必要.基于扰动状态概念理论,通过定义与温度相关的扰动函数,建立起高温岩石的扰动状态本构模型.利用高温下实施的花岗岩单轴压缩破坏试验,对建立的本构模型进行了检验.研究表明,所建立的本构模型能描述高温岩石的力学响应特性.     

基于Copula理论的粗粒土渗透破坏临界水力比降估值

破坏水力比降是土体渗透稳定性分析和渗流控制的基础。以渗透变形试验为基础,分析了粗粒土临界水力比降与孔隙比、级配不均匀系数和曲率系数间的相关性。利用Copula理论适合建立多个非独立变量间联合分布函数的优点,构造了拟合粗粒土临界水力比降 、孔隙比e、级配不均匀系数 和曲率系数 间相关关系的最优Copula函数,并将其应用于粗粒土临界水力比降估值。结果表明：具有单参数的四维对称Archimedean Copula函数的Nelsen No 6为最优Copula函数。利用构造的最优Copula函数求条件概率,便可得到粗粒土临界水力比降估值的保证率,或者计算在一定保证率条件下临界水力比降估值。通过比较临界水力比降试验值与Copula理论方法、Terzaghi公式及刘杰公式估值,阐述了Copula理论的可靠性,为建立粗粒土临界水力比降与孔隙比及级配特征的多变量统计概率关系及临界水力比降估值提供了一种新途径。     

黄河水下三角洲粉质土扰动土层特征及成因探析

黄河水下三角洲上分布着大量的扰动土层,其性质与周围未扰动土相比有很大的差异。在老黄河口区选择扰动土层的典型分布区,利用工程地质钻探取样、原位静力触探试验和浅地层剖面探测对海底扰动土层的厚度及工程地质特征进行了调查分析。结果表明,与未扰动土相比,扰动土的重度较大、孔隙比较小、含水率较低、强度有一定程度的提高。同时,分别对风暴潮作用下黄河水下三角洲粉质土的瞬时液化极限深度和残余液化极限深度进行了计算。计算结果表明,残余液化极限深度较大。将残余液化极限深度、通过浅地层剖面探测结果所得的扰动土层厚度以及通过土工试验统计结果所得的扰动土层厚度进行了对比,发现三者对应很好。对黄河水下三角洲粉质土中扰动土层的形成机制进行了探讨,认为风暴潮作用过程中产生的土体液化是其主要诱因。     

The prediction of equivalent granular steady state line of loose sand with fines

Void ratio has been used as a state variable for predicting the liquefaction behaviour of soils under the critical state, sometimes also referred to as the steady state, framework. Recent publications show that void ratio may not be a good parameter for characterising sand with fines because the steady state line (or curve) in the e-log(p′) space moves downward with increase in fines content until it reaches a threshold value referred to as the threshold fines content (TFC). Recently, an alternative state variable, referred to as the equivalent granular void ratio, has been proposed to resolve this problem. To calculate this alternative state variable, an additional parameter ‘b’ is needed. This parameter ‘b’ represents the fraction of fines that actively participate in the force structure of the solid skeleton. However, predicting the ‘b’ value is problematic. This paper examines the factors affecting the ‘b’ value based on published work on binary packing. This leads to a simple semi-empirical equation for predicting the ‘b’ value based on fines size and fines content. The proposed equations were evaluated with published data sets. Then, the concept of an equivalent granular steady state line is proposed. This concept was used to predict the location of SSLs for sand with different fines content from either the SSL of clean sand or the SSL of sand with a given fines content. The predictions agree well with experimental results.     

土在高压力段的压缩性参数外推方法探讨

根据土高压固结试验的压缩曲线几何特征,提出了基于一定较高压力水平的固结试验结果外推更大压力段的压缩性参数和压缩曲线的方法。实际验证结果表明,该方法简便易行,且精确度较高。