A numerical model for the transient analysis of offshore foundations under cyclic loading

A comprehensive numerical model for the analysis of offshore foundations under a general transient loading is presented here. The theoretical basis of the model lies on the Swansea formulation of Biot’s equations of dynamic poroelasticity combined with a constitutive model that reproduces key aspects of cyclic soil behaviour in the frame of the theory of generalised plasticity. On the practical side, the adoption of appropriate finite element formulations may prevent the appearance of spurious numerical instabilities of the pore pressure field. In this respect, the use of a coupled enhanced-strain element is here proposed. On the other hand, the practicality of the presented model depends ultimately on its computational efficiency. Some practical recommendations concerning the solution strategies, the matrix storage/handling procedures and the parallel multi-processor computation are here provided. Finally, the performance of the model with a benchmark study case and its practical application to analyse the soil–structure interaction of an offshore monopile under a realistic transient storm loading are discussed.     

Laboratory determination of mechanical and hydraulic properties of chemically grouted sands

The purpose of this paper is to investigate mechanical and hydraulic properties of sands treated with mineral-based grouts through the results of a laboratory test programme consisting of unconfined compression tests (UCS), triaxial bender element tests (BeT) and constant flow permeability tests in triaxial apparatus. An improved apparatus was set up for obtaining high quality, multiple grouted specimens from a single column. Two selected natural sands having different grain sizes were grouted with two mineral-based silica grouts, resulting in different levels of improvement. The behaviour of the sands treated by mineral grouts, in terms of strength, initial stiffness and permeability, was compared with that exhibited by more traditional silicate grouts. The results of this study indicate that sands treated with mineral grouts result in higher strengths, higher initial shear modulus and lower permeability values than the sands treated with the silicate solution. The effect of grout type, effective confining pressure, and sand particle-size on small-strain shear modulus of grouted sand specimens was evaluated. Based on test results, the small strain shear modulus increment from treated to untreated specimens has been correlated with the unconfined compressive strength, obtaining a unique relationship regardless of grout type and grain-size of tested sands.     

循环荷载及静载下土工格室加筋路堤模型试验研究

为探究土工格室加筋路堤在循环荷载及静载下的各种性能,利用美国GCTS公司的USTX-2000加载装置进行加载,通过改变加筋层数、格室高度,格室焊距对土工格室加筋路堤进行一系列模型试验。对各种工况下加筋路堤极限承载力、长期循环荷载及固定振次循环荷载后极限承载力的变化进行研究。试验表明,土工格室加筋能显著提高地基极限承载力并能显著减小坡顶和坡中临界破坏时的法向累积变形,在加筋间距一定的情况下,加筋层数增加和格室高度增大均可不同程度提高极限承载力并减小临界破坏时坡顶法向累积变形,格室焊距的减小也可在一定程度提高极限承载力,格室焊距对边坡法向变形影响不大;长期循环荷载下固定间距加筋层数对路堤竖向累积沉降量影响不大,而对边坡坡顶法向累积变形有一定影响,格室高度增大和格室焊距减小均可不同程度减小路堤竖向累积沉降量和坡面法向累积变形;越靠近加载点处,路堤土压力值受加筋影响越显著,加筋提高了土体刚度和密实度,使加筋路堤土压力值较无筋路堤明显增大;对于无筋路堤,改变动载幅值和振次均导致振后极限承载力有不同程度的降低,而对于加筋路堤,当动载幅值≥30 kPa或动载振次≥1 000时,振后极限承载力均有不同程度的提高。     

一个考虑循环荷载作用的简化模型

基于塑性硬化模量场理论和多重屈服面模型,结合各向同性硬化准则和移动硬化准则,在新的应力空间建立了一个新型不排水循环荷载作用下的多屈服面模型,并推导了一个适合三轴试验的简化的多屈服面模型。在此基础上,结合一个循环荷载作用下的动孔压模型,进行了饱和软黏土的动三轴模拟试验。结果表明,文中建立的多屈服面模型能够较好地模拟循环三轴试验、直剪试验和平面应变条件下的试验。     

岩土工程评价中的参数插值计算方法

本文从一个简单的实例,提出了岩土工程勘查评价中的参数插值计算问题,简介了一、二元函数的拉格朗日插值方法,并以实例进行了演算,达到了让野外技术人员了解插值方法的目的。     

带有两端防渗墙坝基的各向异性渗流解析解

由于目前在坝基设计中通常需要设置两个或两个以上防渗墙,对带有两端防渗墙的坝基各向异性稳态渗流进行了解析研究,将土体分为4个规则的区域,采用坐标变换将各向异性土层转换成等效各向同性土层,利用分离变量法将4个区域内的水头分布表示为级数解的形式,结合区域间的连续条件得出带有两端防渗墙的坝基各向异性渗流场显式解析解。将解析解退化到各向同性情况下的渗流量、坝底扬压力与保角变换解析解和数值计算结果进行对比,各向异性情况下的水头值与有限元软件计算结果进行对比,结果均吻合较好,验证了解析解的正确性,且相比于保角变换解析解具有更高精度。最后对坝基渗流场进行了参数分析,发现土体各向异性对坝基渗流有着不可忽略的影响,其他条件相同的情况下,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大土体的渗流量和出口梯度会小于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大的土体的最大扬压力会大于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体。     

大牛地气田盒2气藏DK30井区井底积液判断

大牛地气田开发的中后期,气井出水严重,如果不能将其完全带出,则会在井底产生积液,产生的压力严重影响天然气产量和气田采收率。因此,通过确立符合本区块实际的临界流量的理论公式,预测气井井底积液的情况,可以指导气井的生产,提早通过泡排,换管柱,提产带液等措施防止生产井井底积液。并且指导以后新的开发井对管柱的合理选取,提高经济效益。这里在Turner及李闽等前人研究的基础上,通过与实际积液情况的对比,修正了理论公式,最后得到一个符合大牛地DK30井区盒2气层实际情况的计算临界流量的理论公式,经过验证,该公式能较为准确地判断积液情况。     

对内蒙古阿拉善西部地下水流向问题的新认识

内蒙古阿拉善西部的水文地质研究程度很低,关于地下水的来源和流向仍然存在各种不同的认识,需要在沙漠腹地补充钻探资料加以验证。本研究在前人调查成果的基础上,选择巴丹吉林沙漠及其周边的4个控制点进行了水文地质钻探,获得关键性的含水层分布和地下水位数据,对地下水流向问题提出了新的认识。分析结果表明,阿拉善西部广泛发育厚度50 m以上的第四系孔隙含水层,与新近系和白垩系砂岩含水层一起构成主要的地下水渗透介质,使区域地下水流具有连续性。地下水总体自东向西、自南向北流动,水力梯度介于0.8‰与7.9‰之间。在区域尺度上,断裂带对浅层地下水的作用并不显著。     

郯庐断裂带山东段深孔地应力测量及其现今活动性分析

已有的地表调查和GPS位移测量、深部震源机制等研究结果表明,郯庐断裂山东段现今活动性表现为顺时针压扭性活动特征。为揭示郯庐（郯城－庐江）断裂带山东段地表和深部之间地壳浅表层日本大地震发生后的现今地应力状态和活动特征,在鲁东北部花岗岩地区开展了600 m的钻探工程与地应力测量工作。钻探岩芯编录初步揭示地壳浅表层岩体结构特征,随深度系统的地应力测量结果表明,现今水平主应力起主导作用,易于断层走滑作用发生,且现今最大水平主应力方向为近东西向,反映出郯庐断裂带山东段现今活动特征为压性兼右旋走滑,与地表和深部已有研究成果相吻合。研究成果为郯庐断裂带山东段现今活动性研究补充了新的资料。     

渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响试验研究

为研究渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响,通过对6组人造节理试件恒定法向载荷和恒定法向刚度的压剪渗流试验,分析了应力和位移、节理水力开度以及透过率随剪切位移的变化趋势,获得了渗透水压对节理岩石应力-渗流耦合特性的影响规律。结果表明：节理试件的剪切应力和位移、水力开度以及透过率都与渗透水压密切相关。剪切应力随渗透水压的增大而减小,法向变形、水力开度和透过率却随渗透水压的增大而增大。在压剪渗流试验过程中,不同渗透压力的节理试件都发生了剪胀效应。研究可为深部岩体工程围岩遇水作用稳定性及渗流灾害控制技术提供科学的理论依据。