三轴冲击荷载作用下淤泥力学响应研究

利用SPAX-2000（改进型）静动真三轴系统,针对淤泥类超软土进行静动力排水固结试验,研究包括较高频率在内的各冲击荷载频率（1、8、16 Hz）与不同围压（200、250、300 kPa）作用下淤泥的力学响应;此外,结合三轴剪切试验研究不同固结条件对淤泥不排水强度的影响。试验结果表明：（1）在相同冲击频率作用下,试样抗剪强度随着围压增大而提高;围压增大,使得球应力增大,体应变随着增大,有效地促进试样排水固结。（2）相同围压作用下,存在着一个冲击荷载频率阈值,当冲击频率低于这一阈值时,随着冲击荷载频率的提高,轴向应变量逐渐变小,反之逐渐变大。（3）冲击瞬间,体应变为负值,表现为体胀,这与原位试验夯击瞬间的孔隙水压力变化曲线一致,从而验证了高含水率淤泥在冲击作用下的孔压负增长现象。     

不同竖向排水体下淤泥地基冲击能传递规律模型试验研究

静动力排水固结法中,土体固结效果与排水体间距有很大关系。为研究高能量冲击下不同排水体间距设置对软土能量传递规律影响,利用多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,在模型箱中设置多组不同排水体系,对淤泥土进行静动力排水固结模型试验（1:30相似比）,获得了高能量多遍冲击作用下不同排水体系中能量传递规律:（1）冲击荷载作用下,非插板（无人工排水体）区产生的孔压难以消散、附加应力难以沿埋深方向往下传递,而插板区则可,但其传递需要经历一定夯击遍数;插板较密区比插板较疏区的孔压更易消散,其工中沉降更大;（2）插板区软土层是由上至下逐步加固的;插板越密,随着夯击遍数增加,能量在软基深层分布的比例越大,且深层最终能量增量占处理厚度总能量的分布比例最大,表现出主要压缩区向下移动趋势更为明显。试验表明,排水体设置是必要的;在给定条件下,插板越密,越有利于地基深部的加固。上述结果的重要工程意义在于,当施加足够遍数的夯击且设置相适应的排水体时,对于淤泥类高含水量软土地基,运用静动力排水固结法,可加固深厚淤泥地基。     

饱和软粘土在冲击荷载下的动力特性研究

通过对淤泥质饱和软粘土施加冲击荷载进行室内动力固结试验,研究了软粘土在冲击荷载作用下的应力、孔隙水压力、轴向变形等动态响应特征,并通过三轴剪切试验结果,分析冲击荷载对淤泥质饱和软粘土的加固效应。试验结论对于动力固结理论的完善和现场施工具有指导意义。     

冲击荷载下饱和粘土孔压特性初探

冲击荷载作用下，孔压的增长与消散规律是研究动力固结法加固饱和粘土地基的基础与理论支持，就此问题进行了冲击荷载作用下饱和粘土孔压增长与消散规律的一维模型试验，试验中考虑了不同击数N和不同击能WH的影响，试验的结论新颖，对其进行了初步探讨。     

淤泥质软土在冲击荷载作用下孔压增长模式

通过室内淤泥质饱和软粘土的动力固结试验,考虑不同锤重和落距组合情况,对冲击荷载作用下饱和软粘土孔隙水压力的动态响应特征进行分析。试验结果表明,孔隙水压力和冲击击数之间是双曲线对应关系,高围压下冲击荷载激发的孔压随击数增长的速率快,超固结软土在冲击过程中孔压出现了负值。冲击荷载对土体产生的附加应力能导致孔压上升,孔压消散使得土体内有效应力增加,强度提高。对强夯施工中以孔压控制施工质量具有指导性意义。     

静动力排水固结法处理淤泥软基振动试验研究

对于高含水率、大孔隙比的深厚淤泥地基,在静动力排水固结法处理中,采用组合式高效夯击减震锤（SAAT）等4种不同形状尺寸的典型夯锤,以975～1 125 kN•m单击夯击能夯击,进行场地振动加速度及夯沉量原位对比测试,获得SAAT夯锤与地基土首次接触、回弹和二次作用历时分别为15,80,35 ms,各锤作用下竖向与水平向加速度分别在10 m与5 m距离内急剧降低,得到满足规范（烈度Ⅶ度）安全要求时SAAT及各夯锤夯击综合安全距离为20～30 m,其中SAAT所需安全距离最小。结果表明,采用SAAT可明显提高夯击效率,并可有效地减小对周边环境的振动影响。此外,对该条件下夯击冲击波的传播及衰减规律进行了总结与分析。     

冲击荷载下土体动力响应与加载速率效应研究

为揭示土体在冲击荷载作用下的动态响应特征,运用自主研发的附加激发力式平板动力载荷试验系统（flat dynamic load test,简称FDLT试验）对广州大学城区内两种典型土体（砂土和黏土）进行了不同荷载大小和加载速率的FDLT试验,获取了土体在冲击荷载下的荷载-时程曲线、位移-时程曲线、荷载-位移曲线的3种关系曲线。建立了动态变形模量与加载速率的经验公式,对比分析了两种土体在冲击荷载作用下的加载速率效应。研究表明：（1）砂土的FDLT试验存在一个充电量临界值,在该充电量冲击试验过程中,加载速率对砂土的动态强度及变形有较大的影响,而对黏土在本次试验条件下未有明显影响。（2）加载速率对黏土与砂土的位移响应的相同之处在于,最大荷载和最大位移均随加载速率的增大而提高;不同之处在于,黏土达到位移峰值时间会随加载速率增大而延长,而砂土达到位移峰值时间随加载速率增大呈现先增加后减小的规律。（3）土体的动态变形模量与加载速率曲线呈对数变化关系。本研究成果可为土体动力特性研究、土的动静参数换算和工程设计提供依据。     

洞庭湖区软土地基加固处理方案对比研究

采用强夯法、真空预压排水固结法、动力排水固结法对洞庭湖区一场地进行了加固处理,通过对处理后场地各项参数指标的对比研究,得出动力排水固结法处理软粘土地基是行之有效的方法,达到了预期的效果。此种软基处理方案既经济又合理,同时又满足了施工工期要求,可为类似工程提供有价值的参考。     

高能量冲击下淤泥土体能量传递规律试验研究

以往动力排水固结室内模型试验,通常冲击能量低,软土物理力学响应激发不够,难以寻求与工程实践相符的能量传递规律。利用可提供高冲击能的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,对淤泥类超软土进行静动力排水固结模型试验,获得了高能量多遍冲击作用下竖向与表层水平向能量传递规律：（1）冲击荷载下浅层土中相应土压增量始终最大,但随着夯击遍数增加,其下土层土压增幅随之相对增大;而就土层压缩量而言,首遍夯击下浅层土最大,此后中层与深层之值均大于浅层土之值,且其比值随着夯击遍数增加而增大,表明了主要压缩区向下移动;（2）静动力排水固结法中,冲击能量初始主要作用于浅层,此后随着淤泥力学性质不断沿深度方向改善,能量逐渐向下传递以主要加固下层及深层土体;（3）夯击作用下土层表面同一位置处竖向质点振动速度最大,径向次之,环向最小,且在一定的距离处趋向同一稳定值;振动加速度亦呈现相同的变化规律;模型试验得到的振动主要影响范围与实际工程一致。     

循环荷载下黏弹性饱和土层的一维固结

针对单层黏弹性地基Merchant模型,运用Laplace变换,求得频域内单层黏弹性地基的一维固结解。通过Laplace逆变换,计算了单层黏弹性地基在任意循环荷载下的有效应力及平均固结度。此外,结合工程实例,研究了Merchant模型各参数对循环荷载下黏弹性地基固结的影响。结果表明,在黏弹性地基的固结过程中,有效应力和沉降的发展速率是不一致的,黏壶的存在使地基固结初期的有效应力增长加快,而使固结后期的有效应力增长减慢,同时使变形的发展滞后于有效应力的发展。研究结果亦表明,循环荷载下土体的固结对独立弹簧模量的变化要比Kelvin体中弹簧模量的变化敏感。     

水平荷载作用下风电机桩基础的离心模型试验研究

桩基础是近海风机经常采用的基础形式。由于风电机组对基础的承载力和变形有着严格的要求,而水平荷载常常是控制荷载,因此,研究水平荷载作用下风机桩基础的应力、变形特性具有重要意义。针对风机单桩基础,选取典型的黏土地基,进行了水平加载条件下的离心模型试验,重点分析了桩身的响应及桩周围土体的变形特点。试验结果表明,在水平荷载作用下,桩顶的水平位移随着水平力的增加而增加,位移的增加速率在临界荷载之后增长较快;桩身弯矩分别在埋深1/5和3/5处附近分别出现极大值和极小值,且桩底具有一定弯矩值;桩周围土体的变形随着离桩距离的增加而减小,可分为主动区和被动区。桩对土体变形的影响区域随着水平力的增加而不断扩展,最后基本稳定在2倍桩径范围内。     

路堤荷载作用下碎石桩复合地基桩土应力比计算及试验研究

深入分析了路堤等柔性荷载作用下碎石桩复合地基的工作机理,对路堤-碎石桩-桩间土系统进行合理简化,建立了桩土应力比计算模型,并给出关键参数的求解过程。基于最小势能原理,导得路堤荷载下碎石桩复合地基桩土应力比计算解析表达式,结合大型室内模型试验,通过对比试验过程中的全程监测数据,验证了理论解的正确性。探讨了各主要影响因素与桩土应力比之间的关系,结果表明：桩土模量比和置换率是应力比的主要影响因素,路堤高度与路堤材料的影响次之;当路堤高度较小时,随着高度增加,桩土应力比提高明显;但当路堤高度增大到一定值时,桩土应力比基本不变;增大填料剪切模量可略微增大应力比。     

软土地层高承台桥梁群桩基础横向承载特性研究

高承台群桩基础是高速铁路桥梁基础的一种常用形式,受到风、地震等荷载作用影响,常常需要承受较大的横向荷载。采用室内物理模型试验和三维有限元程序ABAQUS对软土地层中单桩、群桩的横向承载特性进行了研究,软土采用修正剑桥黏土本构模型,试验结果与有限元计算结果吻合较好。群桩研究方案包括了桩数的变化以及桩间距的变化。结果表明,群桩基础的基桩平均横向承载力（总承载力/桩数）较单桩基础显著增加,且水平荷载方向桩间距越大,其横向承载力越大;群桩基础基桩受力存在三维空间效应,不同位置基桩受力大小排序为角桩最大,其次为边桩,最小为中间桩,弯矩极值差异可达20%,群桩基础桩周土影响范围距外围基桩边缘净距离约为16D (D为桩径)。桩与桩相互影响效应对群桩水平承载不利,承台约束效应对水平承载有利。探讨了考虑上述两种效应的群桩效应系数计算方法,通过计算验证了该方法在软土地区高承台群桩基础横向承载力计算中的适用性。     

Implementation of DSC model and application for analysis of field pile tests under cyclic loading

The disturbed state concept (DSC) model, and a new and simplified procedure for unloading and reloading behavior are implemented in a nonlinear finite element procedure for dynamic analysis for coupled response of saturated porous materials. The DSC model is used to characterize the cyclic behavior of saturated clays and clay–steel interfaces. In the DSC, the relative intact (RI) behavior is characterized by using the hierarchical single surface (HISS) plasticity model; and the fully adjusted (FA) behavior is modeled by using the critical state concept. The DSC model is validated with respect to laboratory triaxial tests for clay and shear tests for clay‐steel interfaces. The computer procedure is used to predict field behavior of an instrumented pile subjected to cyclic loading. The predictions provide very good correlation with the field data. They also yield improved results compared to those from a HISS model with anisotropic hardening, partly because the DSC model allows for degradation or softening and interface response. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.