高含冰量冻土路基融化固结规律研究

为了研究高含冰量冻土路基的融化固结规律,本文在线性大变形融化固结理论的基础上引入非线性本构关系,并运用分段插值法实现了孔隙比与压缩模量之间的非线性关系,完善了三维大变形融化固结数值模拟方法。在此基础上结合青藏公路实测数据验证了其合理性。研究结果表明,采用非线性应力应变关系的大变形融化固结理论能够显著提高高含冰量冻土路基的沉降计算精度,并能够进一步合理描述热学场和力学场的相互叠加影响。冻土融化固结度受有效融化固结时间以及特征排水长度等因素的影响呈现出完全不同于融土路基的发展规律,即：在路基运营初期其融化固结度上升,随着时间发展其固结度在达到峰值后持续降低,这主要是由于融化深度持续增大后所引起的特征排水长度的增加和有效融化固结时间的缩短所造成的。因此,在计算高含冰量冻土路基稳定性设计指标时,应采用非线性应力应变关系来进一步提高融化深度、沉降以及固结度等指标的计算精度。     

高含冰量冻土路基融化固结规律研究

为了研究高含冰量冻土路基的融化固结规律，在线性大变形融化固结理论的基础上引入非线性本构关系，并运用分段插值法实现了孔隙比与压缩模量之间的非线性关系，完善了三维大变形融化固结数值模拟方法。在此基础上结合青藏公路实测数据验证了其合理性。研究结果表明，采用非线性应力?应变关系的大变形融化固结理论能够显著提高高含冰量冻土路基的沉降计算精度，并能够进一步合理描述热学场和力学场的相互叠加影响。冻土融化固结度受有效融化固结时间以及特征排水长度等因素的影响呈现出完全不同于融土路基的发展规律，即在路基运营初期其融化固结度上升，随着时间发展，其固结度在达到峰值后持续降低，这主要是由于融化深度持续增大后所引起的特征排水长度的增加和有效融化固结时间的缩短所造成的。因此，在计算高含冰量冻土路基稳定性设计指标时，应采用非线性应力?应变关系来进一步提高融化深度、沉降以及固结度等指标的计算精度。     

考虑应力水平的软土固结系数计算与试验研究

在固结度计算中通常将固结系数视为常数,实际上并非如此.通过研究软土固结系数在压缩过程中随应力水平变化的规律,推导出正常固结和超固结状态下固结系数与有效应力之间的表达式.在正常固结状态下,当应力水平小于在前期固结压力时,固结系数随应力水平的增加而增加;当超过前期固结压力后,固结系数随应力水平的增加而减小;在超固结状态下,固结系数随应力水平的增加而增加,在一定程度后趋于平稳.室内试验结果进一步说明了和验证固结系数这一特点.推导的固结系数与固结应力水平关系表达式是可行的,其计算值与试验结果的变化趋势一致,大小基本吻合,将其用于计算变形速率和固结度中,可提高准确性.     

黄土完全软化强度与残余强度的对比试验研究

为了解决复活蠕滑型黄土滑坡强度参数的取值问题,开展完全软化强度与残余强度的对比试验研究。以山西地区典型黄土为研究对象,采用预压固结法制备饱和重塑试样,并进行反复直剪强度试验获取完全软化强度和残余强度参数。试验结果表明:黄土的完全软化强度以黏聚力为零、颗粒未发生定向排列为主要特征。完全软化强度与二次固结应力和黏粒含量有关。试样在二次固结应力小于300kPa时的应力-应变曲线呈应变软化型,完全软化强度大于残余强度,黏粒含量高的试样应变软化更显著; 试样在二次固结应力大于等于300kPa时的应力应变曲线呈理想塑性型,完全软化强度近似等于残余强度。完全软化内摩擦角与残余内摩擦角的差值和预压固结应力、二次固结应力及黏粒含量有关。完全软化内摩擦角与残余内摩擦角的差值随二次固结应力的增大而减小,最终趋于0。当预压固结应力小于300kPa时,内摩擦角差值及黏粒含量对内摩擦角差值的影响随着预压固结应力的减小呈乘幂性增大; 当预压固结应力大于等于300kPa时,完全软化强度近似等于残余强度,可用完全软化强度近似代替残余强度。研究结论为复活蠕滑型黄土滑坡稳定性分析时强度参数的取值提供了一定的参考。     

软土在不同应力路径下的力学特性分析

通过固结不排水剪应力路径试验对广州南沙典型软土在不同固结条件的力学特性进行了系统研究。分析了初始固结状态对软黏土应力路径依赖性的影响,比较了不同应力路径下土的应力-应变关系特征和孔隙水压力变化规律,探讨了孔压分布与土体变形特征的关系,认为侧向卸荷会造成剪应力增加、体应力减小,从而使土体产生剪胀趋势。研究结果还表明,不排水条件下的有效应力路径主要与土样初始固结状态有关,因而同一固结状态下的有效应力路径具有唯一性。另外,试验中的剪切控制方式对有效应力路径有明显影响,但对土体抗剪强度的影响可以忽略。     

基于三维多重网格法的抗滑稳定计算精度分析

在以有限元法来分析评价坝基、边坡的稳定安全度时,多重网格法将有限元分析网格和滑移块体的滑面网格作为独立的两套网格,滑面网格可随意切割有限元单元。这样一套有限元网格和一套应力成果就可以进行任意的滑块稳定分析。着重分析了多重网格法的精度。针对三维柱体和锦屏高边坡,研究两套网格如何匹配以提高计算精度进行处理,初步得出了一些有关多重网格法计算精度的知识。最后,应用基于多重网格法的第2类方法分析了锦屏左坝肩高边坡的稳定性问题。     

真空联合堆载预压填土边坡稳定性计算方法

根据真空预压的机理,探讨了真空固结产生的有效应力及真空作用下特有的侧向收缩应力对真空联合堆载预压下填土稳定性的影响。依据竖向真空压力呈线性损失的假设,对稳定性公式进行优化,采用编制的matlab程序进行土坡稳定性计算,并与未考虑侧向收缩应力的稳定性计算结果进行比较。结果表明：考虑侧向收缩应力的稳定性安全系数一般提高14％;一次性堆栽高度可以达到6m,较以往的计算方面提高了2m左右。     

某软土深基坑工程时间效应有限元分析

软土地区的深基坑因土体的固结作用和流变性而具有了时间效应。本文以Biot固结有限元法为基础,用三元件模型中的第一个线性弹簧模拟固结作用,弹性模量考虑了开挖应力路径和应力历史的影响;另外一部分(KELVIN模型)来模拟土体的流变性,以实际变形的反演来得到两个参数的大致取值,再对基坑的变形情况以及进一步开挖进行分析。假定为正常固结饱和粘土,平面应变问题。通过对某饱和软粘土地基深基坑开挖工程实例的分析,得到的挡墙水平位移曲线与实测曲线很吻合,表明程序较好地反映出基坑的时间效应。     

分级连续加载条件下原状膨胀土固结变形研究

由固结系数Cv与有效应力 和孔隙比的关系,推导了考虑固结系数变化的分级连续加载固结控制方程。根据方程的解析解得到了分级连续加载的沉降计算公式。结合云桂高速铁路建设,以高路堤分段堆载方式为研究依据,在GDS三轴试验系统开展原状膨胀土分级连续加载K0固结试验。结果表明：沉降与时间关系在加载期呈折线式发展,稳载期呈双曲线变化;膨胀土的应力-应变关系呈阶梯式变化;当 ≤ 时,固结系数随有效应力呈先增大而后减小,当 ＞ 时,固结系数随有效应力呈波动持续减小。固结度理论计算值与试验结果相比,考虑固结系数变化的固结度计算比固结系数为定值更准确。分级连续加载沉降计算公式可作为分析高速铁路路基沉降-时间关系的参考方法。     

饱和软土大应变自重固结非线性分析

饱和软土的自重固结涉及许多复杂的非线性问题,而现有分析方法一般基于线性假设,将固结控制方程简化,在沉降变形较大的情况下并不合理。基于Gibson大变形固结方程,推导在单面排水和双面排水条件下的边界条件,综合考虑饱和软土的自重特性与非线性压缩、渗透关系,采用稳定性较好的Crank-Nicolson型差分格式离散并求解非线性控制方程,并从孔隙比、沉降、孔隙水流速3个方面将数值解与CS2固结数值模型进行对比验证。结合工程实例,研究土层不同初始厚度和初始孔隙比对自重固结的影响。结果表明：初始厚度与初始孔隙比较大土层最终沉降也较大。与传统方法相比,该方法所得出的数值解精度较高,实现了高度非线性固结方程的快速求解,其成果更能广泛运用于实际工程的分析之中。     

一种土体固结变形的数值计算方法

在给出反映土体团结流变性的本构方程基础上．捉出一种土体固结变形的数值计算方法。该方法依据有效应力增量方程式,利用西瓦伦公式计算有效应力值,采用逐步递推迭代方法,实现土体固结变形的计算。     

应力历史对饱和软土固结系数的影响

为了探究不同固结状态下的饱和软土固结系数的变化规律,在太沙基固结理论的基础上,利用渗透系数和孔隙比的关系、孔隙比和固结应力的关系,分别推导出了在正常固结和超固结状态下固结系数（C_v）随固结应力变化的关系式,将关系式代入Terzaghi方程,进而获得考虑应力历史和固结应力影响的修正Terzaghi一维固结方程;通过室内固结试验和工程应用分析对固结系数关系式和修正的Terzaghi一维固结方程的准确性进行验证.结果表明,对于正常固结的软土,当固结应力小于前期固结应力时,固结系数随应力的增大而增大;当固结应力大于前期固结应力时,固结系数随应力的增大而减小.对于超固结状态的软土,固结系数随应力的增大而增大,最后趋于平缓.当上覆荷载较小时,修正前后的Terzaghi一维固结方程计算结果相近;但当上覆荷载较大时,修正后的Terzaghi一维固结方程计算的固结度明显滞后于修正前的计算结果.前期的应力历史和后期的固结应力对软土固结系数的影响是不容忽视的,修正后的Terzaghi一维固结方程更能真实反映土体的固结性状.      

次固结沉降对压缩时间曲线的影响研究

提出了一种新的考虑次固结影响的一维固结方程,并用于计算粘土的压缩时间关系曲线。通过试验结果和计算分析验证了该方程的合理性。为了考察不同最大排水距离和加载时间间隔对固结过程的影响,对重塑正常固结粘土进行了一系列固结试验,研究了次固结对固结系数和压缩量的影响;将试验结果与解析方法的预测结果进行了比较。可为软土路基和填土路基的沉降问题提供设计参考。     

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。     

大变形固结理论最终沉降量分析

大变形理论的力学机制较为严格,但由于其固有的复杂性和非线性,目前对大小变形理论计算的沉降量差别仍存在争议。基于连续介质力学基本原理,采用土力学符号约定推导了T.L.描述的大变形固结增量有限元方程组及其总应力分析形式。结合算例,分析了材料线性化和材料几何双线性化简化算法的影响,探讨了较合适的荷载增量步长,讨论了大、小变形法计算的最终沉降量差别。结果表明,荷载增量步长对两种线性化法计算结果较为敏感;大变形法计算的沉降量偏大于小变形结果,这可能是由几何非线性问题的“拉压刚度不同”效应引起;初应力矩阵对最终沉降量有较大影响等。     

确定固结系数的固结速率半对数法

基于太沙基一维固结理论,推导了固结速率与固结时间的解析关系,为固结系数的求解开辟了新方法。该方法避免了图解法的缺陷,消除了初始沉降和次固结的影响。求解中采用最小二乘法原理,便于计算机数据处理。通过与现有方法比较,发现该方法准确、可靠和简便,可以在实际工程中推广应用。     

考虑土体强度增长的黏性土地基承载力分析

近些年国内进行了多处的人工堆山工程,其特点是堆载分层施加、荷载分布面积大、施工期较长且总荷载非常大,常规地基处理不能满足堆山荷载对地基承载力的要求。结合堆山工程逐级施加的堆土荷载之间通常有较长时间间隔的特点,认为地基可在分级堆填间歇时间内发生一定程度固结有效应力提高,导致土体强度增加,因此地基承载力也产生相应的提高,利用固结引起土体强度增长导致的承载力提高是堆山工程成功的关键。应用有效应力法分析了土体固结引起强度增长的机制和计算,提出不排水条件下考虑土体强度增长的地基承载力分析方法,运用该理论对比分析了两个人工堆山工程案例,对堆山工程提出建议可供类似工程参考。     

基于图像测量技术的非饱和黄土固结变形试验研究

为了研究非饱和重塑黄土在三轴试验条件下的湿陷变形,利用自主研发的三轴试验土样变形数字图像测量系统,对其在均等围压下的三轴固结变形进行了初步研究。研究了非饱和黄土固结变形过程中轴向应变、径向应变、体积应变和时间之间的关系以及体积应变和压力之间的关系,并对比了单轴压缩试验和三轴压缩试验中体积应变和压力的关系。试验研究表明,在含水率一定的条件下轴向应变、径向应变和体积应变与时间的关系可以用双曲线模式表达,其表征最终变形量的参数依赖于均等固结压力。