小应变条件下应力路径旋转对剪切模量影响

以重塑土经 固结形成的试样以及经 固结后通过特殊应力路径达到特定应力状态的试样为对象,研究了在小应变范围内应力路径旋转对土体剪切模量的影响以及剪切模量随应变变化的趋势。研究表明,在小应变范围内：（1）剪切模量的初始值随试验应力路径与近期应力历史间的夹角 增大而增大,当两者完全相反时,应力路径旋转对土体在小应变条件下的剪切模量影响最大;完全一致时,其影响最弱。（2）割线剪切模量总是大于切线剪切模量;剪切模量随着剪切应变的增加而衰减,且衰减规律保持一致,但应力路径、应变范围不同时其衰减幅度不同。在小应变条件下,土体表现出各向异性,但随剪切应变的增加而逐渐减小,最终表示为近似各向同性;同时由应力路径旋转对模量的影响也随着剪切应变的增加而逐渐衰减。     

天津软土地区盾构掘进对上方建筑物影响分析

以天津地铁2号线下穿多层建筑物的盾构隧道为例,建立了盾构下穿空旷场地以及下穿建筑物的有限元模型,计算结果与现场实测数据进行了对比验证。在此基础上分析了在天津软土地区盾构隧道施工对地表沉降及多层砌体结构建筑物差异沉降的影响,并对采用小应变土体本构模型与硬化土本构模型的计算结果进行比较。结果表明,采用小应变本构模型的地表最大沉降和横向沉降槽宽度与实测数据吻合良好。盾构斜下穿砌体结构房屋时,建筑物有偏向隧道轴线方向的倾斜,采用小应变土体本构模型的计算结果可以更好地反映建筑物的倾斜斜率的变化。因此,研究软土地区盾构掘进对上方建筑物沉降影响的精细化分析时应考虑土体小应变的影响。     

不同埋深盾构双隧道及开挖顺序对临近管线的影响研究

以不同埋深双隧道、不同开挖顺序对临近地埋管线的影响为研究目的,在离心模型试验中同时考虑隧道开挖所致地层损失效应和质量损失效应,并采用考虑土体非线性小应变特性的HP(Hypoplasticity亚塑性)模型和基于地层损失比的位移控制法进行有限元模拟分析。研究结果表明,不同埋深双隧道、不同开挖顺序对地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变的影响较大。双隧道开挖完成后管线下凸区(管线底部受拉区)分布范围为-2.5D_T~1.5D_T(DT为隧道外径),且管线下凸区最大弯曲应变约为管线上凸区(管线底部受压区)最大弯曲应变的2倍。不应简单采用叠加原理对不同埋深先后开挖双隧道所致地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变进行预测,应合理考虑后继隧道开挖所致土体的累积剪切应变及管-土相对刚度对预测结果的影响。     

隧道开挖条件下地埋管线的非线性响应分析

隧道开挖引起的地层不均匀沉降造成附近的地埋管线产生额外的变形,甚至破坏。被动管线与土体的相互作用的研究表明,不考虑土体的刚度衰减,较大的土体弹性模量使得管线的最大弯矩计算结果过大,偏于保守,造成不必要的浪费。在被动管线Winkler地基模型分析基础上,引入土体刚度衰减模型考虑土体非线性特性,提出了隧道开挖作用下管线响应的等效线性分析方法。基于自由土体位移场计算管周土体由于隧道开挖引起的附加应变,基于水平受荷桩的环状弹性介质模型考虑由于管土相互作用引起的管周土体应变,从而对被动Winkler地基模型的土体弹性参数进行修正,计算得到管线的最大弯矩。通过与现有的弹性理论方法、离心模型试验结果的对比,验证了针对隧道开挖引起的被动管土相互作用问题,该方法考虑土体非线性特性的合理性。     

压入式沉井施工对环境影响的现场监测研究

结合工程实例,介绍软土中压入式沉井的施工技术并研究其对周边环境的影响。对沉井压沉过程中周边土体及管线的监测数据进行分析,结果表明：压沉施工能有效控制沉井的几何姿态,保持下沉速度稳定,但具有一定的挤土效应;沉井下沉初期挤土效应占主导地位,开挖效应随下沉深度的增加逐渐显著;土体水平位移和地表沉降均随沉井下沉深度H的增加而增大;地表沉降呈三角形分布,影响范围约为1.7H;土体分层沉降中,淤泥质粉质黏土的单位沉降量最大;管线沉降可控制在毫米级。基于对无量纲化地表沉降数据的拟合分析,提出了分别采用指数函数和二折线表示的压入式沉井周边地表沉降经验公式,并用工程实例验证了其合理性。     

改进切线模量的非线性弹性模型

为了更好的反映基坑开挖后土体的变形非线性特性,采用幂函数描述土体剪切过程中切线模量随主应力差值增大而衰减的过程。积分得到主应力差值和应变的数学表达式,其反映的数学规律符合一般土力学模型的要求。对应于不同的幂指数,该表达式可以很好拟合三轴试验应力-应变曲线。基于Duncan-Chang模型参数确定的方法,提出了本文模型参数的确定方法。在通用有限元软件基础上二次开发了模型的计算程序。应用于某基坑变形的计算结果表明,本文提出的模型比Duncan-Chang模型能更好的预测围护结构的变形。     

改进切线模量的非线性弹性模型

为了更好的反映基坑开挖后土体的变形非线性特性,采用幂函数描述土体剪切过程中切线模量随主应力差值增大而衰减的过程。积分得到主应力差值和应变的数学表达式,其反映的数学规律符合一般土力学模型的要求。对应于不同的幂指数,该表达式可以很好拟合三轴试验应力-应变曲线。基于Duncan-Chang模型参数确定的方法,提出了本文模型参数的确定方法。在通用有限元软件基础上二次开发了模型的计算程序。应用于某基坑变形的计算结果表明,本文提出的模型比Duncan-Chang模型能更好的预测围护结构的变形。     

基于颗粒抗转动模型的刚性挡墙被动土压力临界状态离散元分析

简要介绍了颗粒抗转动模型,并将其引入离散元程序中,通过建立挡墙地基模型和合理选取模型参数,分别考虑了地基填土不同密实度和挡墙不同位移模式（被动T模式、RB模式、RT模式）情况下,刚性挡墙被动土压力随挡墙位移增长发展到达临界状态时,土压力系数 随位移发展的变化规律及墙后填土剪切带的形成规律,并与其他学者的研究成果进行对比分析。研究结果表明,土压力系数 随着挡墙位移增长的变化规律与填土的孔隙比（或相对密实度）和挡墙的位移模式紧密相关。随着孔隙比的减小或相对密实度的增大,土压力系数 会逐渐由位移硬化特性过渡为位移软化特性。尽管中密试样在双轴压缩试验中呈现出应变软化特性,而中密样的土压力系数 随着挡墙平动位移的增长可能呈现出位移软化特性,也可能呈现位移硬化特性。随着刚性挡墙向墙后土体推移,试样中的剪应变随之增大,并会在墙后形成应变局部化,即剪切带的出现。与室内试验剪应变云图相似,离散元较好地模拟了土压力临界状态时剪切带分布规律。同时,墙后土体表面不再是光滑的平面,而是逐渐隆起的凹凸面;随着挡墙位移增长,土体表面隆起量越来越大,直至土体破坏。     

基于颗粒间应变的饱和黏土小应变各向异性非线性本构模型

饱和黏土的各向异性小应变特性对软土地下工程及其环境影响分析具有重要意义。现有小应变本构模型因较为复杂而无法直接应用于预测土体变形和分析土与结构相互作用的简化方法,且小应变模量常被假设为各向同性。基于颗粒间应变(IGS),建立了形式简单、参数易于确定的非线性弹性模型,其考虑了小应变刚度的各向异性、剪切模量随应变幅衰减、最近应力历史效应以及大应变阶段剪切体变耦合特性。通过对芝加哥黏土不同应力路径单元体试验的模拟,得到以下主要结论:(1)新建模型可以较好模拟不同应力路径下小应变刚度衰减、大应变阶段应力-应变关系、孔隙水压发展以及剪胀性,同时可较好近似高等弹塑性模型;(2)IGS模型较现有Overlay模型可以更好地模拟处于单调加载和应力完全反转之间的应力旋转对小应变刚度的影响;(3)各向异性可显著影响应变非常小时的土体刚度,导致路径旋转角较小的应力路径具有更高的初始模量,但随着应变的增长,最近应力历史会成为左右小应变刚度的主要因素。     

顶管施工引起的挤土效应研究

顶管施工过程中过大的支护压力、掘进机偏斜、掘进机与土体的摩阻力,以及过大的注浆压力都会引起挤土效应,挤土过程会减小施工结束时的沉降值和沉降槽宽度。考虑土体的初始应力场,假定土体是均匀线弹性材料,通过向掘进机周围土体施加向外侧的椭圆形径向位移来模拟挤土过程,在小应变假定情况下,推导了半无限空间中土体位移场的近似解析解。考虑空间效应,给出了修正的计算公式。将该公式计算得到的结果与实测值进行了比较,结果表明：地面隆起的最高点位于轴线两侧,由于地面硬壳层的存在,使计算值稍大于实测值,硬壳层以下则非常吻合。     

固结压力相关的黏土动力特性模型研究及应用

对一种粉质黏土进行了不同固结压力下的循环单剪试验,得到了相应各固结压力下的动剪模量和阻尼比随动剪应变幅值非线性变化的 曲线和 曲线,并对其进行了归一化。试验结果表明,即使是归一化以后的动力特性曲线,仍然因固结压力不同而出现差异;固结压力越大, 曲线衰减越慢,而 曲线增加也越缓。通过建立最大动剪模量、最大阻尼比和参考剪应变与固结压力之间的试验关系式,建议了一种实用的固结压力相关的黏土动力特性模型。最后,通过算例表明,场地土体动力特性随固结压力而变化的特征不但会影响场地地震反应的幅值,而且将影响其频谱特性,且场地覆盖层厚度越大,影响越强烈。     

Measurement of small strain behavior of a local soil by fiber Bragg grating-based local displacement transducers

The small strain stiffness of soils has a significant role in geotechnical design and analysis. In laboratory, the small strain behavior is examined by different techniques including the bender element method for measuring the maximum shear modulus and local displacement transducer (LDT) for measuring Young’s modulus at small strains. However, most commonly used LDTs are based on electrical components and have limitations, such as electromagnetic interference and possibility of short circuit in the presence of water. To overcome these limitations, in the present study, a conventional triaxial apparatus has been modified to measure and study the stress–strain behavior of soils at small strains. The major modifications include addition of piezoceramic sensors (bender elements) for measuring the maximum shear modulus and fiber Bragg grating (FBG) sensor-based local displacement transducers (FBG–LDTs) for measuring the stress–strain behavior at small strains. The modified triaxial apparatus has been used to conduct several tests on a completely decomposed granite soil from a site in Hong Kong. The stress–strain behaviors measured by the newly developed FBG–LDTs and an external displacement transducer are compared and discussed. In particular, the shear modulus values obtained using the bender elements, FBG–LTDs, and the external displacement transducer are also compared, discussed, and evaluated. The comparison and assessment show that the FBG–LTDs are more suitable for measuring the small strain behavior of soils.     

干湿过程中膨胀土最大剪切模量及其预测

为了研究膨胀土在天然环境下的动力特性,本文利用装有弯曲元的三轴仪对南阳膨胀土原状样和重塑样进行了最大剪切模量的测试试验。试验包括在不同围压下的饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量测试;将初始干密度相近的原状样和重塑样分别进行脱湿和吸湿,量测整个过程中最大剪切模量的变化,并结合孔隙比进行分析。试验结果表明：饱和南阳膨胀土的最大剪切模量随着围压增大而增大;脱湿过程中南阳膨胀土最大剪切模量与含水率关系曲线要高于吸湿过程的曲线,即最大剪切模量与含水率关系存在滞回特性,这主要是吸力作用的缘故;初始干密度相近条件下原状样的最大剪切模量比重塑样的要小,这是由于原状样内部存在较多大孔隙。本文最后对饱和土最大剪切模量公式进行改进,使之适用于非饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量的预测。     

Modelling of shear stiffness of unsaturated fine grained soils at very small strains

The shear modulus at very small strains (less than 0.001%) is an important parameter in the design of geotechnical structures subjected to static and cyclic loadings. Although numerous soil models are available for predicting shear modulus of saturated and dry soils, only a few ones can predict shear stiffness at very small strains of unsaturated soils correctly. In this study, a few unsaturated soil models are evaluated critically and compared with a newly developed model. This newly proposed model is verified by using measured shear modulus at very small strains for three different low plasticity fine grained soils available in the literature. It is found that this new model can predict shear modulus at very small strain resulting from an increase and a decrease in mean net stress at constant matric suction for low plasticity fine grained soils. Moreover, this model is able to give a reasonably good prediction on shear stiffness at very small strain during wetting of a collapsible unsaturated soil. In addition, the newly proposed model is illustrated to capture a consistent trend with experimental data of shear stiffness at very small strain for non-collapsible soils obtained during drying–wetting cycles. This evaluation revealed that the newly proposed model has better predictive capabilities than some earlier formulations of the same simplicity. In addition, the proposed model with fewer parameters has similar predictive capability as compared with a more complex model.     

CAS-1模拟月壤动剪切模量与阻尼比的试验研究

针对中国科学院地球化学研究所与国家天文台合作研制成功的CAS-1模拟月壤（国家标准试样）,利用GDS共振柱试验仪对模拟月壤开展动力学参数的试验研究,分析了不同孔隙比、不同围压对动剪切模量G及剪应变 的影响规律。试验结果表明,在应力水平很低、孔隙比较大的真实月面环境条件下,动剪切模量G较小,阻尼比 较大,且随着动剪应变 的增大,动剪切模量快速减小,阻尼比急剧增大。采用Hardin-Drnevich模型,得到了不同孔隙比、不同围压下归一化动剪模量G/Gmax与归一化阻尼比 / 随 变化的平均拟合曲线,探讨了最大动剪切模量Gmax、最大阻尼比 和参考剪应变 等动参数与应力水平 的相关关系式,并据此给出了月壤钻取采样深度（0～3 m）内Gmax、 和 的值域区间以及各剪应变对应的G/Gmax和 的推荐值。     

注浆体对土钉受力特性的影响研究

基于土钉抗拔力学模型的解析解,结合现场土钉抗拉试验工程实测数据,分析了水泥注浆体弹性模量Eg及钉土剪切变形系数K的变化对土钉受拉力学特性的影响。结果表明,随着Eg的增大,最大荷载下钉头位移逐渐减小,浅部钉土间相对位移和剪力有所减小,而深部则有所增大。Eg越大,钉土间相对位移和剪力沿钉身的变化越小,各部分侧阻分布趋于均匀。随着K的增大,最大荷载下土钉沿钉长各处的相对位移均减小,且减小比率逐渐降低,注浆对土钉的影响逐渐趋弱。相同变化率下K对土钉荷载-位移曲线的影响要大于Eg,而对钉土间剪力的影响则不及Eg的影响大。     

初始中主应力系数对中密粉煤灰动模量阻尼比影响的试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,开展了在三向非均等固结状态下的饱和中密粉煤灰循环扭剪试验。着重探讨了初始中主应力系数对饱和中密粉煤灰的动模量和阻尼比特性的影响。试验结果表明：初始中主应力系数对粉煤灰动剪切模量有一定的影响,对阻尼比没有影响。根据仪器量测系统的特点,采用了大小位移计联合测量角位移的方法,不仅能够提高测试精度,而且能够获得完整的动模量和阻尼比随动剪应变幅值的变化过程。     

锁儿头滑坡滑带土不同含水率大剪试验研究

锁儿头滑坡属特大型断层破碎带滑坡。该滑坡滑带土主要由强风化的中、上志留统千枚岩、板岩等构成,滑带土中粒径大于2 mm的颗粒含量约为30%,在滑带土颗粒组成中占有重要地位,其强度特征对滑坡体的稳定性分析具有重要影 响。为此,利用室内大型直剪仪对不同含水率下锁儿头滑坡滑带土的剪切特性进行试验研究,结果表明,在控制干密度为1.7 g/cm3情况下,不同含水率滑带土试样的剪应力-应变关系均呈现出弱应变硬化特征,而且法向压力越大,应变硬化特征越明显;在剪应变ε为10%时,相同含水率下滑带土剪切模量G0.1随法向压力的增大而增大,同一法向压力下的剪切模量G0.1与含水率间呈负线性相关关系;利用邓肯-张双曲线模型对锁儿头滑坡滑带土不同含水率下大剪试验剪应力-应变关系进行数据拟合,拟合效果良好,但该模型不能反映土的应变软化性质。     

断层泥动剪切模量和阻尼比影响因素试验研究

利用GDS共振柱试验系统对不同干密度、不同含水率的断层泥试样进行了动剪切模量和阻尼比试验研究。结果表明,使用Hardin-Drnevich双曲线模型能够较好地描述断层泥的动剪切模量随剪应变的变化趋势;随干密度增加,动剪切模量和阻尼比均增大;而随含水率增加,动剪切模量和阻尼比均减小;归一化动剪切模量试验点主要位于Seed和Idriss提出的砂土G/G_max～γ曲线变动范围内,且与Sun和Seed推荐黏性土曲线变化趋势一致;在半对数坐标系中,阻尼比与动剪应变呈良好的线性关系,并给出了拟合关系式。