先期固结压力理论的新认识

近年来,在对国内广泛分布的老粘性土、红土等土体的研究过程中发现,这些土均为＂超固结土＂,其先期固结压力（Ｐｃ）值不仅与土的受荷历史有关,而且还与土的物质组成和结构特征有着十分密切的关系。研究结果表明,影响Ｐｃ值大小的因素很复杂,红土和下蜀土中对Ｐｃ值大小起决定作用的为游离氧化物的胶结连结,而黄土状土中土自重压力则为主导因素。可见土的先期固结压力并非唯一由上覆荷载所致。     

关于红黏土先期固结压力的探讨

土力学传统理论认为,土的先期固结压力受控于应力历史,与曾经受到的压力有关。然而,通过室内试验发现,红黏土这类区域性特殊土的先期固结压力所表现出的规律与传统理论相悖。研究表明,红黏土的先期固结压力主要受土的成因、结构和成分制约,上覆压力对其影响甚微。笔者分析了土力学传统观点在解释红黏土特性时存在的缺陷,探讨了红黏土先期固结压力的真正含义,提出了对红黏土先期固结压力的新认识。     

海相结构软土的次固结研究

现有次固结计算方法没有考虑土结构性的影响,但自然沉积土大都具有结构性。海相软土一维次固结试验研究表明,对于结构性土,次固结不仅在超固结状态时与荷载有关,且在土体结构破坏的过程中也与荷载有关。当固结压力小于先期固结压力时,次固结系数随压力增长较快;当固结压力大于先期固结压力且小于结构完全屈服压力时,次固结系数随固结压力增长缓慢;当固结压力大于结构完全屈服压力时,次固结系数不随固结压力变化。次固结系数变化与否的荷载分界点不是先期固结压力,而是结构完全屈服压力。对于海相结构软土,其次固结系数变化在超固结、结构破坏、正常固结3个阶段随荷载变化的规律不同。最后,提出了考虑土结构性的一维次压缩计算方法。     

孔隙型地热储层热固结变形特性试验研究

地热资源的开采会导致热储温度、压力改变,影响其固结变形特性,引发环境地质问题。以鲁西北砂岩热储开采区孔隙型地热储层为研究对象,开展不同应力、温度条件下的固结变形试验,分析固结变形特性,并对卡萨格兰德法与能量法所计算出的先期固结压力进行比较,结果表明：地热储层固结变形量与含水率、温度均呈负相关关系;地热储层自重压缩系数约为标准压缩系数的10%;计算先期固结压力时,低压缩性土可采用能量法,中、高压缩性土可采用卡萨格兰德法Harris模型、Gaussian模型与能量法;先期固结压力与温度呈负相关关系;在25～80℃范围内,初始温度越高,升温使先期固结压力降低越快。     

用快速固结试验测定土的先期固结压力的研究

一、前言地基土的先期固结压力P_c测定,为判明土层的应力历史、压密状态与固结程度,应用于建筑物(构筑物)地基的沉降,强度与稳定,土压力及桩的承载力等分析以及高层建筑、重型厂房和大坝地基设计依据,对此早已引起国内外岩土工程研究者和工程技术人员的重视,并进行了大量的研究。实践证明,只要保持土样结构的原状性,按常规方法可以通过室内单向慢固结试验(间隔24小时逐级加荷)的测试结果,获得符合实际的先期固结压力P_c值。本文介绍采用快速固结试验,以次固结压缩指数C_a为依据,推算次固结增量的校正方法,经对上海浅层地基软粘土和埋藏较深的暗绿色硬土层以及予设先期固结压力的人工制备土,进行了快速试验与正常慢固结试验的研究,试验结果证实使用本文提出的校正公式取得了良好的效果。这样可以缩短试验周期(正常慢固结试验以求P_c需要8～13天左右时间,而用快速固结法修正只需2天时间)提高仪器设备周转率。     

黄土边坡开挖后强度变化规律研究

在室内对52个原状土样进行卸荷条件下的直剪试验,测定不同先期固结压力下卸荷土体在不同滞留时间的抗剪强度值,试验结果表明:不同先期固结压力下原状土体卸荷后,在相同的卸荷滞留时间下卸荷后土体的抗剪强度随着先期固结压力的增大而增大;当先期固结压力为200 KPa时,土体的抗剪强度是随着滞留时间的增加而减小的,在卸荷5～7 d后强度就不再明显下降。利用试验结果以某高速公路高边坡为研究对象进行了稳定性分析。     

矿区深厚土层的高压固结与次固结特性

实验表明，深部土层的先期团结压力与土层沉积的历史有关；土的团结系数和渗透系数均随压力的增大而减小，并在高压下趋于稳定；当压力小于先期团结压力时，土的次团结系数与压力关系不大；当压力大于先期固结压力时，次团结系数随压力的增大而增大。     

淤泥质土固结过程孔压及变形规律研究

对深入了解土在外荷作用下的孔隙水压力与变形变化规律对研究土的排水固结机理具有重要意义。对黄石地区淤泥质土进行分级加荷与一次性加荷的各向等压固结试验及单向固结试验,分析全过程孔压与变形的变化规律,结果表明：两种加荷方式孔压消散的规律并不相同,当孔压降到相应某临界值以下时,固结过程会变得缓慢,即使在较大的外荷载作用下,土中孔压反映也远不如加载初期明显。固结排水过程具有阶段性,这主要是自由水与孔隙水排水速度变化所引起的。黄石淤泥质土的主固结时间总体在5-100min范围内,当固结压力接近先期固结压力时固结系数最小,而次固结系数约为最大值。     

一个统一描述饱和-非饱和土温度效应的热–弹塑性本构模型

地热资源开发与利用及核废料地质处理等诸多岩土工程问题,都需要考虑温度对饱和土和非饱和土应力应变特性的影响。为了综合反映温度和吸力对土的先期固结压力的影响,首先提出了不同温度下土的先期固结压力的表达式。然后将此表达式与黏土–砂土统一状态参数模型屈服面相结合,考虑了温度和吸力对正常固结线及临界状态线的影响,提出了一个统一描述饱和–非饱和土温度效应的热–弹塑性本构模型。该模型分为饱和段（吸力小于某一温度下的进气值或排气值）与非饱和段（吸力大于某一温度下的进气值或排气值）。模型预测与试验数据的对比表明,该模型能够较好地定量描述不同温度下饱和土和非饱和土的应力、应变特性。     

一个统一描述饱和-非饱和土温度效应的热-弹塑性本构模型

地热资源开发与利用及核废料地质处理等诸多岩土工程问题,都需要考虑温度对饱和土和非饱和土应力、应变特性的影响。为了综合反映温度和吸力对土的先期固结压力的影响,提出了不同温度下土的先期固结压力的表达式。将此表达式与黏土–砂土统一状态参数模型屈服面相结合,考虑了温度和吸力对正常固结线及临界状态线的影响,提出了一个统一描述饱和–非饱和土温度效应的热–弹塑性本构模型。该模型分为饱和段(吸力小于某一温度下的进气值或排气值)与非饱和段(吸力大于某一温度下的进气值或排气值)。模型预测与试验数据的对比表明,该模型能够较好地定量描述不同温度下饱和土和非饱和土的应力、应变特性。     

高压力固结仪试制简介

为了更精确地求得地基土的压缩指数,研究土的先期固结压力,一维条件下土的长期蠕变性状等等,我院试制了高压力固结仪。对于面积为30cm~2的试样,最大固结试验压力可以达到30kg/cm~2。见照片本仪器用空气压缩机为能源,由电接点压力表、继电器,交流接触器等部件组成自动稳压部份,调压阀控制输出压力大小,推动缸体使土样受压固结。缸体部份是根据帕斯卡原理设计、见图     

不同影响因素下非饱和红土土-水特征曲线的试验研究

以江西典型的红土为研究对象,利用GEO-Experts压力板仪进行不同影响因素下红土的土-水特征曲线试验研究。研究内容包括不同粒径、不同干密度、不同含水率、不同预固结压力、脱湿和吸湿循环以及反复脱湿和吸湿循环对土-水特征曲线的影响;通过三种常用的SWCC模型(Brooks和Corey模型、van Genuchten模型及Fredlund和Xing模型)对试验数据进行拟合和分析,找出适合江西典型红土的土-水特征曲线方程,并提出了模型中参数的取值范围;本文还提出了土-水特征曲线的双曲线模型,该模型对计算残余含水率非常方便,参数变化范围小,容易选取。     

确定先期固结压力数学模型的研究与应用

地基不均匀沉降一直是困扰工程建设者的一个难题,而土体的先期固结压力则是预测地基沉降量和采取预防措施的一个重要参数。利用基于Matlab软件自主开发的复合工具箱CFSPT(Curve Fitting Solving and Plotting Tool),结合太原市地面沉降中最为常见的粉质黏土,研究分析了现有5种数学模型和本人引入的Guass1、Gauss2模型对确定粉质黏土先期固结压力的适用性和数学模型确定的先期固结压力与《土工试验方法标准》中经验法确定值的差异,并分析了如何选择最优数学模型确定先期固结压力。结果表明: 7种数学模型回归分析程度均很高,但仅Guass1模型确定的先期固结压力与《土工试验方法标准》中的经验法确定的值最为接近; 最优数学模型应当满足elgp曲线在初始端趋于一非零定值,在末端趋近于0,中间段曲线要收敛于一条斜直线。     

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。     

如何确定土的先期固结压力的探讨

e-logP曲线的绘图比例对确定土的先期固结压力有明显的影响，对此进行了初步探讨。     

饱和黏性土蠕变变形试验研究

结合苏锡常地区地面沉降研究,用单向固结仪研究饱和黏性土在复杂荷载作用下的蠕变变形特征。试验土样取自苏锡常地区第2弱透水层。研究结果表明,在初次加载时黏性土具有明显的蠕变性,在双对数坐标中蠕变变形与时间呈直线关系,且直线斜率随荷载水平增大而减小,但在荷载水平达到一定值后斜率变化不大;在初次卸载时黏性土仍有明显的回弹蠕变,特别是在卸载水平较高时,卸载回弹蠕变变形与应力和时间的关系仍可用幂函数表示;在循环荷载作用下,加卸载达到变形稳定的时间随循环次数增加而减小。当循环荷载最大值小于土样的先期固结压力时,土样在2次加卸载循环后达到弹性变形状态;当循环荷载最大值等于土样的先期固结压力时,土样在5次加卸载循环后达到弹性变形状态。     

洞庭湖地区典型网纹红土的单轴固结实验研究

为研究洞庭湖地区典型网纹红土的单向固结特性和规律,分别取原状土样和扰动土样在不同的荷载下进行单轴固结实验。分析实验结果表明：原状网纹红土的压缩性比扰动土低很多;在次固结阶段,原状土样的蠕变曲线不平滑,且没有明显的稳定蠕变阶段,而扰动土样的蠕变曲线平滑,有明显的稳定蠕变阶段;原状土样达到变形稳定所需时间比扰动土样短的多。研究还发现非饱和网纹红土的单向固结存在线性规律,并推导出其单向固结经验方程,方程中的一个参数可用于准确预测网纹红土单向固结的最终沉降量。     

花岗岩残积粘性土加、卸荷抗剪强度分析

以广州地区花岗岩残积粘性土为研究对象,通过击样法制备特定含水量试样,在不同压力下进行固结加、卸荷试验,对比分析试验数据,初步研究加、卸荷状态下花岗岩残积粘性土的抗剪强度变化,探寻先期固结压力、含水量与抗剪强度间规律。重塑残积土抗剪强度随含水量增加而减小;在先期固结压力相同的条件下,卸荷相对加荷试验条件下的土体强度显著减小,且减少值随残积土含水量的增加而逐渐减小,故在基坑开挖等卸荷工程项目中,应充分考虑卸荷对土体抗剪强度的影响,在卸荷工程中采用土体卸荷抗剪强度指标更符合工程实际。     

pH值对红土粒度成分影响的分形几何研究

红土是一种特殊土,其成分和结构决定了红土本身具有不同于一般粘性土的工程地质性质。红土中游离氧化铁的存在使土颗粒之间产生胶结,是土具有“假粉性”和“假砂性”特征的主要原因。研究发现,游离氧化铁含量和形态的改变,将直接影响红土颗粒的粒度分布。通过对不同pH值红土试样的颗粒成分进行测试,借助分形理论得到不同pH值红土粒度成分分维值。计算发现,不管是否在测试过程中采用分散剂,土粒度分维曲线上都存在两个无标度区。pH值的改变引起了土粒度分维的变化,随pH值的增大,土粒度分维值也变大,反应出土的细颗粒含量增加,土颗粒所形成的集合体越分散。土pH值的大小与粒度成分分维、游离氧化铁含量之间的内在联系,揭示出了红土中游离氧化铁对土颗粒胶结的本质。     

土层应力历史确定方法的研究

本文通过粘土压缩的弹塑性模型,建立了不排水强度与超固结比的关系。针对海洋土在目前取样技术条件下受到较大扰动的现状,选择了受扰动影响相对较小的不排水强度推求先期固结压力。该法主要步骤为(1)临界状态孔压系数∧。的确定;(2)原位不排水强度的推算。通过南海东部某海域的原状土样和实验室制备的重构土样试验结果验证,此法确定的先期固结压力,与传统的方法进行比较,表明结果比较一致。