软土次固结特性试验研究

对广州南沙原状软土进行了一系列的固结试验,探讨了应力历史、加荷比、超载预压对软土次固结的影响。试验结果表明：软土的主次固结的划分与加荷比有关,加荷比对次固结系数C?也有影响;次固结系数主要受到先期固结压力pc的影响,当ppc时,次固结系数表现出不同的变化规律;经预压处理后土样的次固结系数与压缩指数Cc之比近似为一常数：C?/Cc≈0.03,试验成果所揭示的次固结特性对先期固结压力的依赖,为降低地基工后沉降提供了明确的思路。     

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。     

侧向约束下柔性桩复合地基沉降特性

侧向约束技术在地基处理工程中能有效地减小地基沉降。本文结合铁路工程与软土工程特性,采用模型试验与数值模拟的方法,研究了侧向约束(桩)对柔性桩(夯实水泥土桩)复合地基沉降的影响,分析了柔性桩和土体沉降变化随荷载水平的变化规律,探讨了侧向约束条件下土体模量、桩间距等因素对地基沉降的影响。研究结果表明:在柔性桩复合地基中设置侧向约束桩,当土体压缩模量较小时,采用2d(d为桩径)或3d桩距皆能较好地降低桩的沉降量;随着土体压缩模量的增大,桩距采用3d时减沉作用降低、2d时减沉效果增强、4d时减沉作用不明显;桩间土体沉降量在桩距为2d及3d时,减沉作用呈现先减小后增大的特点,4d时其沉降量减小比值为4%~5%。因此,合理设置侧向约束桩才能有效限制软土侧向挤出,以达到减少复合地基沉降的目的。     

爆炸挤淤作用对海相软黏土压缩特性的影响

浙江漩门三期围垦项目中采用爆炸挤淤置换法进行筑堤工程,为了对爆炸置换后海堤的固结沉降预测及稳定性评价提供可靠的试验参数,取爆炸前后地基范围内的海相软黏土,进行一维压缩和各向等压固结试验,并对该地区软土的压缩变形与结构特性进行初步研究。试验结果表明,海相软黏土存在一定的结构特性,表现出与其重塑土不同的性质;通过引入孔隙指数的概念,研究该地区软黏土的结构性,证实土体结构性的存在是其压缩特性不同于重塑样压缩曲线的内在原因,在高压力范围内其压缩曲线趋近于固有压缩曲线。爆炸挤淤作用对海相软黏土产生较强的扰动效应,也对其基本物理性质与压缩特性均产生重要影响;扰动效应造成软黏土的结构屈服应力降低,结构强度下降,采用新定义的结构破坏比来定量评估爆炸挤淤作用对海相软黏土结构性的破坏程度,可为爆炸挤淤置换法处理软基的海堤工程提供一定的理论基础。     

太湖软土地基沉降特性分析

根据太湖地区某高速公路路基沉降实测资料,通过现场原位取样结合室内试验,分析了太湖冲湖积相软土的压缩特性,总结出软土路基的沉降变化规律,研究了工程地质条件和填土高度对路基沉降的影响,并采用归一化指标得到不同地基处理方式下的沉降估算公式,同时对两种常用全过程路基沉降预测方法进行了比较。结果表明,太湖冲湖积相软土具有较强的结构性;相似地质条件下的路基沉降差异较大,土体结构性是影响路基沉降的重要因素之一;归一化指标分析可得到不同路基处理方式下的简单沉降估算式;常用的全过程沉降量预测方法对于最终沉降量的预测均存在一定的偏差,可综合分析预测结果得到较为准确的预测值。     

软土非线性蠕变压缩模型

从土的力学行为与微观结构相结合的途径探讨滨海软土单向压缩的本构特征,旨在构造一个用于软土一维变形计算的合理形式.据多级加荷压缩试验成果,进一步证明了软土具有非线性蠕变特性;并用幂函数描述了软土压缩蠕变规律,用割线模量法概化了单向压缩的应力-应变的关系.提出了压缩蠕变率(CCR)的概念,并建立与土的结构定量参数(定向概率熵和孔隙分布分维数)、应力比之间的幂函数关系.在此基础上,建议了一个考虑非线性蠕变特性的单向压缩本构模型,并用试验资料初步验证了模型的有效性.建议的模型具有参数少、简便实用之特点,可用于软土地基的沉降计算分析.     

软土蠕变固结特性研究

通过大量对比试验系统研究了广东典型软土的蠕变固结特性和计算模型。试验结果表明：软土的固结和次固结在变形中所占比例和发生受多种因素影响,包括初始荷载、加荷比、土体固结度、含水率、孔隙比;次固结系数与土体的应力历史、当前固结状态及加荷比有关,在预压荷载下会明显减小;次固结系数与压缩指数之比一般为常数,其值在0.025?0.10之间;剪切蠕变特性与土体所承受的固结压力有关,土样蠕变规律呈应变硬化特征;三轴蠕变特性与排水条件关系密切,固结作用可以削弱蠕变效应;同等加荷条件下,偏应力-轴向应变关系在排水剪切中呈线性关系。而在不排水剪切中呈非线性,并有明显的屈服特征;不排水剪切条件下持续加荷的加荷方式可以适当提高不排水强度。根据上述试验成果分别从考虑非线性本构关系和考虑排水条件分析了蠕变固结模型的建立路径。     

长期循环荷载下人工结构性软土累积变形规律及预测模型

针对软土地区路基运营后显著的长期沉降效应问题,以及天然沉积软土均具有一定结构性的特点,制备了不同胶结强度的人工结构性土,开展了结构性土与相应重塑土的压缩试验和动三轴试验,分析了循环次数、动应力比和结构性强度对土体累积塑性变形的影响规律。试验结果表明:土体累积变形随着循环次数、动应力比的增大而增大,随着结构性强度的提高而减小;累积应变曲线可分为破坏型、稳定型和临界型3种形式。进而考虑土结构性影响,在已有累积变形模型基础上引入应力灵敏度S_σ参数,分别建立了结构性软土的破坏型和稳定型的累积变形模型,较好地预测了结构性软土不同变形状态的累积应变曲线,并分析了模型参数随应力水平和结构强度的变化规律。     

考虑固结历史的结构性软土路基沉降数值模拟

沿海地区广泛分布结构性海相软土,给公路运营带来很多安全隐患。通过研究某高速公路江苏段,提出了基于Shanghai软土本构模型,利用现有路基下软土的固结试验结果反推施工前原状土本构参数取值的方法。通过水-土耦合有限元程序模拟路基长期沉降,分析了土层结构性、渗透性、软土层厚度对路基沉降发展的影响。结果表明,土层初始结构性越强,加载阶段孔隙累积值越大,施工沉降越大;工后土体结构性变化越大,土层压缩越明显。土体渗透性影响路基沉降,渗透性越小,累积孔压越大,沉降时间越长,总沉降量与工后沉降占比越大。软土层厚度影响路基沉降发展,土层越厚,路基最终沉降越大,沉降稳定时间越长。     

结构性黏土的压缩变形特性

海相软黏土的结构性对土体的变形与强度特性有着重要的影响,这种影响与爆炸挤淤置换法处理软基的置换深度直接相关,是海堤基础沉降与稳定性分析的不确定因素。为了探究结构性对海堤地基沉降的影响,并对海相软黏土的压缩特性进行定量分析,建立结构性黏土的压缩变形模型,同时给出模型参数的确定方法。利用文献中的试验数据对模型进行了验证,结果表明模型不仅适用于一维应力状态下的变形分析,能够描述三轴应力状态下结构性黏土的压缩特性。利用所建模型对浙江漩门地区海相软黏土的压缩特性进行模拟,分析表明,模型能较好地考虑结构性对该地区软黏土压缩变形的影响,为该地区海堤沉降的预测提供量化分析的手段,有助于加强结构性黏土地区海堤地基设计与施工的理论基础。     

结构性软土地基施工扰动定量分析

绝大多数软土具有一定的结构性,地基处理施工扰动会改变软土地基的工程性质,受到扰动的软土地基的力学参数却难以通过室内试验模拟准确测定。从理论和原位试验两方面分别给出了由于地基处理施工引起的结构性软土地基扰动程度的定量计算方法,并通过实际工程计算得出了设置砂井或排水板的软土地基的施工扰动度在30 %左右,定量计算得到的扰动度可用于扰动土地基的沉降及稳定性计算。     

基于扰动状态概念的结构性土压缩特性分析

由于土结构性的影响天然沉积土的结构是亚稳定的,屈服后的压缩变形阶段必然伴随着结构的破损。将附加孔隙比?e作为表征原状土的一个结构状态参数,基于扰动状态概念,引入定量分析附加孔隙比?e随固结压力变化关系的方法,得到一维扰动状态概念(DSC)压缩模型,以描述结构性土压缩损伤现象,并通过结构破损指数b来刻画压缩过程中的结构破损速率。根据该模型,对太湖湖沼相典型的天然沉积软黏土、粉质黏土和硬黏土不扰动试样的一维压缩试验结果进行模拟和分析,并结合试验数据提出了模型参数的测定方法。分析结果验证了该模型能够描述具有不同结构形式土样的压缩特性及其实际变形过程中表现出的非线性,这给结构性土非线性固结与沉降计算提供了一定的理论基础。     

不同荷载模式作用下双层软黏土地基压缩特性研究

天津滨海吹填场区典型的“上软下硬”的双层软黏土地基具有复杂的物理性质和工程特性,其在不同荷载作用模式下的变形特性有所不同,在工程实践中往往会产生较大的工后沉降和不均匀沉降,从而导致修建于其上的建筑物出现诸多工程问题。现阶段对于不同荷载作用下吹填场区形成的“上软下硬”双层软黏土地基的变形特性及机理研究甚少,导致理论研究远远落后于工程实践,制约了吹填场区经济建设的快速发展,因此对此类地基的变形特性展开研究显得尤为重要。基于此,本文针对吹填场区“上软下硬”的双层软黏土地基,开展了反复荷载和恒定荷载作用下的一维固结试验和扫描电镜试验(SEM),得到了不同荷载模式作用下的压缩特性及其微观机理,为吹填场区双层软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明:双层软黏土地基的压缩系数和固结系数在反复荷载作用初期明显减小,而后缓慢减小直至趋于稳定; 与反复荷载相比,恒定荷载作用下试样的压缩系数初期值增加,固结系数初期值减小,其变化量均在40% ~50%的范围内; 当荷载等级一定时,反复荷载作用引起双层软黏土地基产生的沉降量相比于恒定荷载作用多30% ~45%; 随着荷载等级的增加,土样内部大孔隙受到挤压而减少,孔隙的圆度和定向性加强,土体结构更密实,均一化程度提高; 相比于恒定荷载模式,反复荷载作用下土样内部孔隙形状更接近于圆形,孔隙定向性更好,土体内部结构强化程度大,但有序性相对较差。     

结构性土一维非线性大应变固结半解析解

以结构性较强的天然饱和软黏土为研究对象,考虑了沉积作用对其自重应力的影响,以及压缩性和渗透性的非线性变化,推导了任意加载条件下结构性土一维大应变固结控制方程,并采用半解析的方法对方程进行求解计算。再将其退化为无结构性的饱和软黏土固结解,与已有的大应变固结解进行了对比,验证了该解的正确性。最后将该半解析解计算结果与小应变固结理论解、不考虑结构性的固结理论解计算结果进行对比分析。结果表明：大应变固结理论的沉降计算值大于小应变固结理论的计算值,且二者的差值随着荷载的增加而增加;当考虑土体的结构性时,地表沉降计算值小于不考虑土体结构性的沉降计算值。     

考虑幂函数渗透压缩变化的双层砂井地基固结性状

采用Barron轴对称固结及大变形固结问题的某些简化与假定,推导建立了砂井地基大变形固结控制方程,利用建立的双层砂井地基大变形固结方程及编制的计算程序,通过引入软土渗透系数、有效应力与孔隙比之间的幂函数关系k =ced与e=a( )b,对瞬时加载下双层砂井地基固结性状进行算例计算。结果表明：（1）双层软土幂函数渗透关系及压缩关系中诸参数对双层砂井地基固结性状有重要影响：随着两层软土幂函数渗透关系中参数c1、c2的增加（渗透性增加）、或幂函数压缩关系中参数a1、a2的增加,各土层水平径向与竖向孔隙比减小更快,沉降发展速率与超静孔压消散速率也相应增加,且沉降发展速率快于孔压消散速率。（2）两层土在分界面处的孔隙比及平均超静孔压均出现明显的突变,将沿深度分布曲线分成形状不同的两段,表现出不同的固结性状。     

真空联合堆载预压下软土路基的位移和孔压监测分析

根据某一级公路软土路基的各类监测数据结果,详细地分析了地表沉降、孔隙水压力、土体水平位移等随时间和空间的变化规律,结果表明:淤泥层的沉降量占路基总沉降量的65%,低液限黏土层(15m以下)的水平位移较小,这与其土体强度较大有关; 由于过快的填筑速率可能促使总的超静孔隙水压力大于0,所以在堆载过程中需要对孔压数据进行密切观测,以防止路基失稳; 加固区30m以外基本无地表水平位移,软基处理过程不会对江堤安全性产生影响; 结合孔压和土体分层沉降可知,真空联合堆载预压的有效影响深度可以达到排水板以下2m的范围。     

常规次固结沉降计算方法的改进研究

软土具有高含水率、大孔隙比等特点,在荷载作用下超静孔隙水压力消散后会产生次固结变形。实际工程中很多工程问题是由土体的次固结引起,因此对其沉降进行计算和预测很有必要。针对常规次固结沉降计算方法的不足,进行了改进,使随时间的发展,次固结沉降趋于一个定值而不是无限增长。对Yin & Graham一维弹黏塑性模型进行了简要介绍,并进行了改进,结合改进模型提出一种次固结沉降起讫时间的确定方法。与常规计算公式相比,改进公式可行,且更加合理,可用于实际工程地基次固结沉降的计算。     

三角形周期荷载作用下软基路堤沉降研究

采用能够同时考虑主次固结变形的Yin-Graham一维弹黏塑性模型,对三角形周期荷载作用下软土路堤运行期间和运行期结束时的长期沉降进行了理论分析,获得三角形周期荷载作用下软基路堤运行期结束时的总沉降计算公式和工后沉降计算公式。分析了三角形周期荷载作用下软基不考虑流固耦合与考虑流固耦合时长期沉降之间的相互关系,证明了三角形周期荷载作用下当循环荷载次数趋向于无穷大时软基具有最终沉降量与应力随时间增长的模式无关的性质。按照文中提供的总沉降计算公式,针对具体工程的土工参数,对路堤运行期结束时的总沉降量进行了计算,并由此确定运行期开始时软基应发生的沉降量,为合理确定高速公路路面铺筑时机提供沉降标准。