一种装配式新型张力计的研制

土体干湿过程引发的岩土工程问题已逐渐受到重视。通常采用张力计量测80 kPa以内的土体吸力,并将其应用于边坡失稳等岩土工程问题的分析中。然而,传统张力计由于内部腔体体积过大且结构复杂,造成张力计难以饱和,吸力量测时反应时间长,并易发生汽化,严重影响其可靠性和灵敏性。为弥补传统张力计的设计缺陷,提出了一种装配式新型张力计。该张力计内腔结构简单且体积小。饱和前先拆分张力计再分别饱和其主要部件,最后重新装配。此设计简化了饱和程序并提高了效率。通过对比传统张力计和新型张力计的性能,证实了新型张力计具有更强的汽化持久性,其吸力量测的灵敏性和可靠性得到了显著的提高。标定试验表明,相比于传统张力计,新型张力计的灵敏性提高了90%。测量-80 kPa的孔隙水压力时,新型张力计的平衡时间为1.5 min,仅占传统张力计反应时间的10%。相同的测量条件下,传统张力计的测量误差为30%,而新型张力计的测量误差仅为0.7%。     

吸力历史对非饱和土力学性质的影响

现在被广泛公认的由Fredlund提出的非饱和土力学的双参数理论,即净应力和吸力为非饱和土的应力状态变量,不能直接考虑吸力历史及其饱和度对非饱和土的应力-应变关系和强度的影响。非饱和土三轴试验结果表明,即使净应力和吸力相同的条件下,经过干-湿循环试样与未经过干-湿循环试样的应力比-应变关系和强度是不相同的。在其他条件相同时,经历过干-湿循环的试样比未经过干-湿循环试样的应力比-应变关系要高、强度大和体变小。经过干-湿循环试样的饱和度低而强度高,主要是由于经过先期较高的吸力,相当于受过较大的前期有效压力,使试样成为超固结土。更多不同吸力历史的对比试验有待于进一步研究,以便为非饱和土的水力-力学特性耦合弹塑性本构模型定量地表示上述非饱和土的性质提供基础性试验数据。     

利用循环强度分析张紧式吸力锚循环承载力的方法

按照在最佳系泊点受倾斜荷载作用的张紧式吸力锚的破坏机制,建议了利用软土不排水循环剪切强度计算软土中吸力锚循环承载力的极限平衡分析方法。该方法考虑了平均系泊荷载在土中引起的平均剪应力对土体循环剪切强度、进而对锚循环承载力的影响。为了说明该方法的可行性,进行了大量张紧式吸力锚在平均系泊荷载与循环荷载共同作用下的承载力模型试验。依据试验结果确定了锚被竖向拔出土层时系泊点的位移破坏标准,并据此确定了与不同模型试验条件对应的循环承载力。进而利用循环三轴试验确定的土层不排水循环强度随平均应力的变化关系和实测的土层剪切强度,通过极限平衡分析计算了与模型试验对应的循环承载力。计算与模型试验结果比较表明,对于张紧式吸力锚被竖向拔出土层的破坏模式,计算结果比模型试验结果偏大,平均偏大1.9%,绝大多数偏差在10%以内。因此,对于软土中的张紧式吸力锚,如果采用该方法计算与竖向拔出土层破坏模式相应的循环承载力时,将结果减小10%是恰当的。     

非饱和土粒间吸力研究的若干思考和进展

非饱和土粒间吸力是建立非饱和土有效应力原理和抗剪强度理论的基础前提,从各力的本质、概念、大小等不同角度出发,对目前非饱和土研究中常见的几种吸力进行了详细地对比和分析。基质吸力表示土壤吸水的趋势,强调的是土颗粒与水之间的相互作用,并非土颗粒间的相互作用,与有效应力概念的本质不符,是Bishop和Fredlund强度理论中分别存在着物理意义不明确参数x和φb的根本原因;广义吸力虽然考虑了结构吸力的作用,但仍将基质吸力作为有效应力的一部分,使原本“实用、简化”的目标更加复杂化;附加内压力将基质吸力以及表面张力的作用进行叠加,存在力作用大小上的重复,同时未考虑结构吸力的作用;张力吸力将表面张力沿两土颗粒连线方向的分量——张力吸力和基质吸力进行叠加,一是仍将基质吸力作为有效应力的一部分,二是同样未考虑结构吸力的作用;粒间吸力（湿吸力和结构吸力）考虑了因土体结构性引起的结构吸力作用,同时也考虑了气液界面上收缩膜的效应——湿吸力的作用,基于粒间吸力的非饱和土有效应力及强度理论不仅符合有效应力定义的本质,而且合理地解释了非饱和土中诸如收缩膜张力的方向性、土中应力概念的平均性、土体物理本质的唯一性、随含水率变化的连续性以及对不同类型土的适应性等众多现象。因此,从粒间吸力的角度出发来研究非饱和土的有效应力原理是正确、可行的。     

福州江滨地区超高层建筑灌注桩成孔工艺分析

以福州江滨地区2个有代表性的超高层建筑桩基础工程实例为依据,通过无卡式冲击 正循环,旋挖 气举反循环,回转 泵吸反循环3种成孔工艺之间的比对,提出了在福州市江滨地区超大粒径厚层卵石与花岗岩地层灌注桩施工成孔工艺方面的一些见解,认为回转 泵吸反循环是较为可靠的工艺。     

粉土基质吸力的新型量测装置与土-水特征研究

以非饱和土张力计原理为基础,制作了一种新型的基质吸力量测装置,并通过实测过程的不断总结与改进,得到了一种成本低廉、制作简单、操作便利、试验快速和结果可靠的非饱和土基质吸力量测装置,以此装置测定了不同体积含水率、不同压实度和干湿循环后粉土的基质吸力变化规律,得到了不同压实度粉土的土-水特征曲线,并通过Origin软件中的Boltzmann模型进行拟合对比分析,得到了与压实度相关的土-水特征曲线,比较了不同压实度粉土的含水率变化对基质吸力的不同影响特点。试验结果表明,干湿循环对粉土的基质吸力和强度有很大影响。     

非饱和土增湿变形的实用计算方法

非饱和土力学研究目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测困难。本文提出了用等效吸力代替真实吸力的试验方法。首先以常规静三轴试验得到的原状饱和土以及非饱和土的应力-应变曲线为基础,根据变形等效的原则确定与某一饱和度相当的围压即为等效吸力;然后建立饱和度与等效吸力之间的非线性关系,并验证了该数学公式的正确性;再根据试验结果分析含水量对非饱和土强度的影响,建立了非饱和土的实用抗剪强度公式;最后按照邓肯-张模型的参数整理方法得到了不同饱和度非饱和土的模型参数,探索这些参数随饱和度的变化规律,建立了引入饱和度的非饱和黄土实用非线性模型,并进行了降雨入渗情况下非饱和土增湿变形的计算。结果表明,饱和度最大值为95%,等效吸力最大值为160 kPa,最大水平位移与竖向位移分别为0.6 cm和20.0 cm,均出现在浸水位置。计算结果合理地反映了非饱和土变形的分布趋势,验证了方法的合理性。     

失水过程中的土壤孔隙比―含水量―吸力关系

当土体总应力状态保持不变时,基质吸力的提高是导致孔隙水排水、土样体积收缩、孔隙结构改变的根本原因,通过吸力可以将土壤收缩曲线和土水特征曲线联系起来进行比对研究。采用广义有效应力原理分析超固结土样和正常土样的失水过程,结果表明:超固结土样中存在着相应的先期固结压力的吸力值,称之为先期固结吸力ψc。当土样吸力小于ψc时,超固结土样和正常固结土样的收缩曲线、土水特征曲线不同:超固结土孔隙比随吸力提高而减小的坡度较缓,约等于土样的回弹再压缩指数,土样处于结构性收缩阶段;先期固结压力越大,土水特征曲线的进气值越高。当土样吸力高于ψc时,超固结土样和正常固结土样的收缩曲线、土水特征曲线重合。     

密度对非饱和粘土渗透系数的影响研究

取三峡库区某滑坡滑带土制备不同干密度的重塑土样进行饱和渗透试验和非饱和土水特征曲线试验,得到不同干密度重塑土样的土水特征曲线,通过理论公式预测出相应的非饱和渗透系数,进而得到不同干密度重塑土样渗透系数与基质吸力的关系.结果显示:渗透系数随着基质吸力的增大而呈非线性减小,当基质吸力较高时,渗透系数随基质吸力的变化比较小;...     

An analytical solution for rainfall infiltration into an unsaturated infinite slope and its application to slope stability analysis

Surficial slope failures in residual soils are common in tropical and subtropical regions as a result of rainfall infiltration. This study develops an analytical solution for simulating rainfall infiltration into an infinite unsaturated soil slope. The analytical solution is based on the general partial differential equation for water flow through unsaturated soils. It can accept soil–water characteristic curve and unsaturated permeability function of the exponential form into account. Numerical simulations are conducted to verify the assumptions of the analytical solution and demonstrate that the proposed analytical solution is acceptable for the coarse soils with low air entry values. The pore‐water pressure (pwp) distributions obtained from the analytical solution can be incorporated into a limit equilibrium method to do infinite slope stability analysis for a rain‐induced shallow slip. The analysis method takes into account the influence of the water content change on unit weight and hence on factor of safety. A series of analytical parametric analyses have been performed using the developed model. The analyses indicate that when the residual soil slope, consisting of a completely decomposed granite layer underlain by a less permeable layer, is subjected to a continuous heavy rainfall, the loss of negative pwp and the reduction in factor of safety were found to be most significant for the shallow soil layer and during the first 12 h. The antecedent and subsequent rainfall intensity, depth of a less permeable layer and slope angle all have a significant influence on the pwp response and hence the slope stability. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.