基于直剪试验的土体变形时间效应及状态类别分析

开展了不同剪应力水平下土体剪切位移的时间效应特征分析,提出了随剪应力水平增加,土体变形状态对应呈现快速稳定、缓慢稳定、缓慢破坏和快速破坏4种演化类别。通过粉质黏土蠕变直剪试验,对不同压实度下与剪应力水平相对应的土体剪切位移时间效应的4种状态类别进行了研究。采用幂函数拟合剪切位移时间历程试验数据,将幂次值作为划分变形状态类别的理论判据,基于幂次值与剪应力水平对应关系的曲线形态特征,得到了土体4种变形状态对应的3个剪应力水平阈值,提出了基于Coulomb强度公式表达的相应变形状态强度参数及其与极限状态强度参数的关系式。针对高速铁路无砟轨道路基工后沉降控制须满足毫米级变形的特殊要求,明确了应将土体变形时间效应控制于快速稳定状态作为路堤填料选择及压实标准的设计原则和技术条件。所得成果对构建高速铁路路基土工结构变形状态控制设计技术提供了理论和试验依据。     

无加筋、加筋砂土蠕变特征的有限元分析

根据分级加载条件下的蠕变试验,分析研究了无加筋砂土和土工格栅加筋砂土的蠕变特征,发现蠕变变形与分级加载时的应力水平、初始蠕变应变速率有很大关系,且蠕变后以恒定应变速率重新加载时呈现出刚度很大、近似弹性的行为。针对无加筋砂土和土工格栅加筋砂土提出一种弹黏塑性有限元计算方法。有限元计算过程中,砂土和土工格栅均采用统一的3要素弹黏塑性本构模型。该方法能够对含多个蠕变段的恒定应变速率加载全过程进行模拟。通过试验结果与有限元计算结果的比较,表明所提出的弹黏塑性有限元计算方法能较好地模拟无加筋砂土和土工格栅加筋砂土的蠕变特征,特别是蠕变后重新加载时的刚度很大、近似弹性的行为。     

土工格栅低温下蠕变特性试验研究

土工格栅蠕变特性是影响土工格栅加筋结构长期工作性能的重要因素。通过室内蠕变试验,对土工格栅的低温蠕变特性进行了试验研究,结果表明,塑料土工格栅在低温下蠕变特性与常温下明显不同,20 ℃常温状态下1 000 h后,当伸长率接近14 %时且60 % Pmax（Pmax为断裂强度）下,变形仍没有稳定迹象,而在同等荷载下-20 ℃低温状态时,仅100余小时,变形就趋于稳定,且伸长率不足2.5 %。结果表明塑料土工格栅蠕变性能受温度影响很大,并且温度越低蠕变值越小。     

HDPE和PET土工格栅加筋路堤作用的对比研究

为了研究高密度聚乙烯（HDPE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）两种土工格栅在返包式加筋路堤中的加筋效果,基于HDPE和PET的拉伸试验结果,采用FLAC3D有限差分程序并结合现场监测数据对比,分析了加筋路堤中两种土工格栅的受力变形规律。结果表明,土工格栅特性对返包式加筋路堤变形具有明显影响,影响程度与其上部土压力大小密切相关;在加筋土路堤的中下部,土压力较大,HDPE格栅前1/3段和后1/3段的应变存在较大差别,PET格栅的应变沿长度分布相对均匀;随着上部土压力的减小,格栅材料特性的影响减弱,两种格栅的应变曲线趋于接近;PET格栅对加筋路堤水平变形的控制作用更为明显;HDPE格栅加筋路堤的垂直和水平土压力值及其分布与PET加筋路堤差别很小。     

土工格栅在加固高速公路路堤中的应用研究

土工格栅应用到高速公路路基中,对土性参数c,? 值有不同程度的改善作用,在一定程度上解决了特殊土的施工问题。土工格栅蠕变试验表明,在相同荷载作用下,强度大的格栅应变较小;并且荷载变化及温度大小对格栅流变性有显著影响。有限元分析是研究加筋作用效果的一种有效方法,它可定性比较多种加筋方案的优劣。利用PLAXIS有限元模拟不同工况下的沉降量,表明土工格栅在限制水平方向位移比限制垂直方向位移更有效。现场荷载试验表明,土工格栅加筋能使路基承载力成倍提高,改善土体应力环境,有效地均衡差异沉降和减少总沉降量。土工格栅对路堤加固有显著作用,值得在实际工程中广泛应用。     

土工格栅蠕变特性的试验研究及粘弹性本构模型

土工格栅的蠕变特性是影响土工格栅加筋支挡结构长期工作性能的重要因素。通过实验室内蠕变试验,针对不同荷载和温度组合,对土工格栅的蠕变特性进行了对比试验。通过对试验结果的综合比较,详细地分析了土工格栅载荷-应变等时曲线、蠕变曲线及松驰曲线的变化特征,由此并基于粘弹性理论提出了能够反映土工格栅蠕变特性的粘弹性本构模型,提出了模型参数的合理确定方法。并通过模型预测与试验结果的对比论证了所建议粘弹性本构模型的可靠性     

土工格栅加筋土挡墙试验研究

采用在墙面板背后安装土压力盒以及在土工格栅上安装柔性位移计的方法,对某高速公路加筋土挡墙水平土压力和土工格栅拉筋位移进行了系统测试。试验研究表明,施工期间土工格栅加筋土挡墙墙背土压力随填土高度的增加而增大,增长速率逐渐减小,其数值均小于理论计算结果,沿墙高分布形式与计算结果有较大差别;土工格栅拉筋在施工期应变变形较大,工后应变非常小,挡墙下部土工格栅拉筋端部应变随填土高度变化较大,在加筋体锚固区末端存在过渡区,其工程特性逐渐向非加筋体填土过渡。根据试验结果对土工格栅加筋土挡墙施工控制及关键技术提出了相关建议。     

塑料土工格栅拉伸特性试验研究

进行土工格栅加筋土结构现场试验时,如何将实测应变有效地转换成拉应力对正确分析结构的作用机制具有重要影响。通过室内试验,研究了不同拉伸速率对3种强度的HDPE土工格栅拉伸性能的影响。试验结果表明：土工格栅的拉伸强度和拉伸模量随拉伸速率的降低而降低,峰值应变随拉伸速率的降低而增加。土工格栅强度越高,受拉伸速率的影响越小。在特定的拉伸速率条件下,同一种土工格栅对应2％,5％,10％应变和峰值应变的拉伸强度依次增大,而拉伸模量却依次减小。试验结果具有较强的实用价值。     

土工格栅横肋对加筋砾石强度与变形特性的影响

土工格栅广泛应用于各类加筋土结构工程实践,在这些实际的加筋土结构中,加筋土体一般处于平面应变状态。为了更详尽地描述平面应变状态下土工格栅加筋土的复合力学性状,加深对土工格栅加筋机制的认识,通过以砾石和具有不同横肋数量的土工格栅为研究对象,进行大型双轴压缩试验,探究了平面应变状态下土工格栅横肋对加筋土强度和变形特性的影响。试验结果表明:土工格栅显著提高了加筋土试样的最大轴向应力,最大轴向应力随土工格栅横肋数量的增加而增大;基于数字图像相关(DIC)技术,获得了同一围压下未加筋土和各加筋土试样土颗粒的位移和旋转情况,直观地展现了土工格栅的加筋效果;加筋土试样中土工格栅在双轴压缩荷载作用下的纵向拉伸应变分布规律呈现中部最大、朝格栅试样两端递减的规律;在相同轴向应变条件下,上层格栅的拉伸应变略大于下层格栅的拉伸应变;在相同轴向应力作用下,土工格栅的纵向拉伸应变随横肋数量的增加而减小。     

机车荷载作用下青藏铁路多年冻土区普通路基的蠕变分析

基于青藏铁路北麓河试验段的机车现场实时振动监测,在三轴流变试验的基础上,利用ABAQUS有限元软件中的时间硬化与Druker－Prager屈服破坏准则耦合的蠕变模型,对青藏铁路多年冻土区的普通素土路基在等效机车荷载作用下的蠕变效应进行分析。研究表明,ABAQUS软件中时间硬化与蠕变模型能较好地模拟路基运营过程中的时间效应,素土路基的竖向位移由路基顶部中心位置向路基内部和两侧逐渐减小,一年中的最大位移达14 mm,与该段的年沉降变形观测值一致。路基中心的蠕变应变值大于路基顶面和天然地表的应变值,路基中心受机车荷载的振动影响最大     

土工格栅加筋砂土中水平锚板抗拔特性试验研究

土工格栅加筋能够有效改善锚板的抗拔承载力,然而锚板在上拔过程中的破坏机制及其影响因素尚需进一步研究。针对砂土中水平锚板的抗拔特性,开展了多组锚板上拔试验,分析了砂土密实度、锚板埋深、土工格栅布设层数和位置等因素的影响,结合粒子图像测速（particle image velocimetry,简称PIV）技术探究了锚板周边土体的变形破坏机制。研究结果表明：单层接触式格栅加筋对锚板的抗拔承载力有明显的提升,且其对土体性能的改善优于非接触式格栅加筋情况,其原因与土工格栅变形量和上覆土体重力有关;当采用双层土工格栅加筋时,下层格栅可充分发挥限制土体侧向变形和均化应力分布的作用,上层格栅相对而言贡献不大;采用土工格栅加筋后,锚-土界面附近土体的变形模式发生了明显的变化,其破坏面相比未加筋前向内侧收敛,且剪应变分布更为均匀。     

预应力锚索锚固力损失与岩土体蠕变耦合效应研究

因预应力锚索锚固力损失而导致锚固失效的工程事故屡屡发生,锚索锚固力损失与岩土体蠕变之间存在复杂的耦合效应关系,建立二者之间的耦合效应模型,确立二者之间的计算关系式,为预应力锚固工程的设计、施工、安全运行管理以及锚固力损失的控制与补偿技术提供理论基础和技术手段。通过理论分析和模型研究,在岩土体常用流变模型基础上建立了基于应变相等的耦合效应计算模型,并进行了模型验证。研究结论：（1）建立了与工程实际相符合的锚索锚固力变化和岩土体蠕变的耦合效应计算模型,正确反映了预应力锚索锚固力损失和岩土体蠕变之间的关系,推导出了其本构方程、松弛方程和蠕变方程,从理论上解决了锚固力变化与岩土体蠕变之间的计算关系。（2）通过耦合效应计算模型的蠕变方程,在材料参数已知的情况下,可以计算出边坡蠕变影响引起的锚索锚固力损失量,并结合实际工程中监测到的锚索应力数据进行对比分析,就能够准确地了解、评价锚索锚固力的异常变化情况,指导实际工程中的设计和施工,保证工程建设过程中的安全性。（3）通过耦合效应计算模型的松弛方程,可以对预应力锚索受力状态的监测数据进行分析整理,通过对锚索锚固力损失量的数据进行反分析,分析岩土体的蠕变参数,根据蠕变介质的材料特性,计算岩土体蠕变量,根据蠕变量判断预应力锚索锚固工程的安全性和可靠性,指导锚固工程的安全运行管理。     

考虑筋材蠕变特性的加筋土流变模型

把加筋土体的分析看成黏弹性阶段和黏弹塑性两个阶段。考虑筋材的蠕变特性,给出了黏弹性阶段加筋体的弹性应变、筋材的应力和土体的水平微观应力。由方程可知,随着时间的增长,筋材发生按负指数衰减的应力松弛,筋材的应力降低、应变增加。给出了塑性阶段开始到达的时间和变形,在黏弹塑性阶段,加筋体中应力保持恒定,整个应变由于蠕变的发生逐渐增加。由此可针对具体的工程例子分析加筋土体的应力和变形情况,尽量减轻由于加筋土体强度、稳定性降低、变形增加造成的严重后果。     

粘土蠕变—应力松弛耦合效应的数值探讨

土体的流变行为通常不是由单一的蠕变过程或应力松弛过程所决定的，这里，应用Mesri应力－应变－时间关系函数描述了粘土的蠕变－应力松驰耦合效应，并将数值计算结果与土样的蠕变－应力松弛耦合试验结果进行了比较，结果是令人满意的，对一些影响耦合效应的相关因素也进行了讨论。     

基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法

为了更合理和快捷地评估基坑施工对邻近已建地铁隧道的影响,将隧道视为弹性的地下连续梁来分析隧道本身的受力和变形,推导了隧道与周围土体相互作用的有限元耦合平衡方程,并引入弹性半空间层状模型来分析基坑卸载对土体和隧道变形性能的影响,建立了层状地基中基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法;然后,将提出方法与两阶段方法进行了算例对比,并结合离心机试验结果和工程实测数据进行了验证。研究发现,与两阶段方法相比,耦合方法在能反映出非均质层状地基土体的应力和应变集中（或扩散）现象,不仅具有更好的计算精度,而且减少了计算参数的数量;提出方法的理论计算值与离心试验结果基本一致,与工程实测变形数据基本吻合,验证了方法的有效性;通过工程实际应用得出的一些有益结论,可为合理制定城市基坑施工对邻近隧道影响的保护措施提供一定的理论依据。     

基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法

为了更合理和快捷地评估基坑施工对邻近已建地铁隧道的影响,将隧道视为弹性的地下连续梁来分析隧道本身的受力和变形,推导了隧道与周围土体相互作用的有限元耦合平衡方程,并引入弹性半空间层状模型来分析基坑卸载对土体和隧道变形性能的影响,建立了层状地基中基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法;然后,将提出方法与两阶段方法进行了算例对比,并结合离心机试验结果和工程实测数据进行了验证。研究发现,与两阶段方法相比,耦合方法在能反映出非均质层状地基土体的应力和应变集中(或扩散)现象,不仅具有更好的计算精度,而且减少了计算参数的数量;提出方法的理论计算值与离心试验结果基本一致,与工程实测变形数据基本吻合,验证了方法的有效性;通过工程实际应用得出的一些有益结论可为合理制定城市基坑施工对邻近隧道影响的保护措施提供一定的理论依据。     

钢塑凸榫土工格栅及其筋土界面特性研究

本文在钢塑土工格栅之上辅以凸榫设计,研制出一种新型的土工格栅结构类型,即钢塑凸榫土工格栅。将钢塑土工格栅和钢塑凸榫土工格栅分别与多种不同类型的典型填料进行室内直剪试验和室内拉拔试验,证明了凸榫的设置有利于筋土界面性能的改善。通过对凸榫土工格栅的破坏模型进行理论分析,推导了凸榫格栅与岩土体间界面抗剪强度的理论公式。通过与室内试验结果对比分析表明,该理论公式求得的内摩擦角值基本符合实际,而黏聚力则不符合实际,凸榫对黏聚力的贡献值建议取2~7kPa。     

不同排水条件下软土蠕变特性与微观孔隙变化

对东莞软土进行了固结排水与固结不排水三轴蠕变试验、原状样与蠕变后试样水平测面微结构的扫描电镜试验,分析了不同排水条件的软土蠕变特性与微观孔隙变化规律。结果表明,不同排水条件对试样应变-时间、应变-偏应力关系产生较大影响,土样在不排水条件下屈服破坏,蠕变变形明显;在排水条件下则未有明显屈服,排水过程中的固结效应使其蠕变非线性弱化。蠕变后土样可见大孔隙减少、小孔隙数量增加、形状趋向圆状发展、定向性略有增加,不同排水条件下微观孔隙变化是土体蠕变表现差异的微观内因,孔隙特征的渐变过程揭示了软土蠕变变形的微观机制。     

考虑排水条件的软土蠕变特性及模型研究

为了研究珠江三角洲软土在不同的排水条件和应力水平下的蠕变特性,进行了一系列室内三轴排水及不排水蠕变试验。试验结果表明,在排水情况下软土的瞬时变形大,而蠕变变形小,而在不排水情况下蠕变随时间的发展更为显著。在工程中可以提高软土地基的排水性能,来减小蠕变破坏的可能性。引入Singh-Mitchell蠕变方程,建立了珠江三角洲软土排水和不排水的Singh-Mitchell蠕变模型,其中应力-应变关系采用指数函数,应变-时间关系采用幂函数。该模型较好地表达了土体的应力-应变-时间关系。随着排水条件的改变,模型参数的取值有着较大的变化,其原因可归结为,在不同的排水条件下土体的应变-时间关系和应力-应变关系均有很大的不同。     

干密度对加筋膨胀土强度与变形特性的影响

对双向土工格栅加筋膨胀土进行一系列不同压实密度下的无侧限压缩和固结不排水剪试验,研究了干密度对其强度与变形特性的影响。无侧限压缩试验表明,当小于最优含水率2%,干密度较大时,加筋对应力-应变特征的影响较大,加筋后峰值与残余强度及其分别对应应变提高的比例较大;干密度对加筋效果的影响趋势还与含水率有关。固结不排水剪试验表明,加筋后膨胀土峰值强度与硬化程度均得以提高,干密度对强度与变形特性影响程度也随含水率而异。