循环荷载下滨海软黏土孔压发展规律及强度弱化特性

循环荷载作用下软黏土会出现抗剪强度降低、变形模量减小的强度弱化现象,从而使软黏土地基的承载能力大幅度降低,影响结构的安全稳定性.以天津滨海原状软黏土为研究对象,试验中考虑实际工程中的加载路径,引入偏应力水平和动应力水平参数,由回归分析方法确定了滨海软黏土孔压与振次对数型关系曲线.分析了偏应力水平和动应力水平对软黏土抗剪强度折减率的影响,使用归一化分析方法确定了不同静、动应力组合下软黏土抗剪强度折减规律.     

坝基含砂黏土的动剪切模量和阻尼比试验研究

通过对某大坝坝基的含砂黏土试样开展共振柱试验,得到含砂黏土在10-6~10-4剪应变处的动剪切模量G与阻尼比D的变化曲线及规律,分析了固结压力对动剪切模量、阻尼比和最大动剪切模量的影响,讨论了最大动剪切模量和最大阻尼比随含砾量变化的规律。研究结果表明,在小应变(10-6~10-4)范围内含砂黏土动剪切模量G随剪应变γ增大而衰减,随固结压力增大而增大;阻尼比D随剪应变增大而增大;最大动剪切模量Gmax随着含砾量的增加而增大,但最大阻尼比随含砾量的增加而减小。     

长江口软基围堤施工的加载速率效应

针对长江口某围堤施工软土堆载过程中的稳定性问题,进行不同加载模式下的应力路径试验,分析长江口软黏土的应力-应变关系、结构损伤特性、强度及应变率发展模式,为该围堤工程的施工速率选取及施工过程中的稳定性控制提供技术依据。结果表明:在不考虑固结的前提下,土体的不排水抗剪强度几乎不受加载模式影响;最终强度与达到破坏时的应变大小无关,但与分级加载时间和分级静置时间存在相互作用关系;土体失稳时的应变率与加载速率和静置时间均有一定关系,且加载速率的影响更大;当加荷超过不排水抗剪强度的80%时,或分级最大应变率逐渐偏离加载初期的线性变化,土样濒临破坏。     

考虑固结过程的软土地基承载力数值分析

深厚软黏土地基在受到上部结构传递的荷载作用时将会发生进一步固结,进而影响软土地基的承载特性,因此考虑荷载作用下软土地基的固结特性对地基承载力分析有重要意义。文章以室内静三轴试验所得软黏土抗剪强度指标c、φ随固结度和静偏应力变化规律为基础,利用大型有限元软件ABAQUS,通过用户子程序USDFLD对土体材料进行二次开发,建立考虑土体抗剪强度指标随固结度和静偏应力变化的有限元模型,进而对重力沉箱式防波堤软土地基承载力进行数值分析。有限元计算结果表明:静偏应力作用下地基土体发生进一步固结,土体固结度随时间增长而增大,抗剪强度指标出现明显增长。依据极限承载力、允许变位的判别标准分别对软土地基承载力进行分析:伴随着土体的不断固结,两种判别标准下的承载力安全系数均明显增大,且后者计算结果相对安全,建议采用允许变位的判别标准来计算实际工程中的承载力安全系数。     

黄骅港淤泥动力特性的三轴试验研究

针对波浪作用的具体特点,对黄骅港海床表层淤泥进行了动模量、动变形及动强度试验。给出了该淤泥的动模量和阻尼比随固结压力和动剪应变的变化关系。通过分析该淤泥的动强度曲线发现,对于一定的固结压力对应于长振次(>1 000)的破坏动剪应力差别很小,可能存在一个门槛动剪应力,在该应力下即使长振次振动也不会发生破坏。该淤泥在波浪作用下的固结不排水剪切动强度约为静固结不排水强度的50%。     

考虑静偏应力影响的含粉粒砂土循环与循环后特性研究

针对不同粉粒含量砂土,开展了一系列考虑初始静偏应力作用的不排水动三轴试验,对粉砂土循环及循环后特性进行了研究。试验结果表明,在控制相同的状态参数下,试样的循环剪切强度随粉粒含量升高先增大后减小,一般在静剪应力比SSR=0.1处动强度达到最大值。试样循环后的单调剪切强度受其先期循环加载阶段的响应模式和静偏应力大小的影响。当初始偏应力较大或发生残余变形累积循环响应时,试样表现出应变硬化,其在后续单调剪切阶段强度有所提高;而当先期循环阶段试样发生流动破坏且初始偏应力较小时,试样的单调剪切强度将会降低。特别地,当初始静偏应力比较大时,试样在再循环阶段的动强度较其先期动强度有所增大。     

荷载作用下超固结比对软土抗剪强度指标影响

通过室内三轴试验,研究在荷载作用下,淤泥质粉质粘土的超固结比与抗剪强度值的关系,进而分析总结出软粘土的抗剪强度指标c,φ值随超固结比和轴向偏应力的变化规律。表明:抗剪强度值随轴向偏应力的增加而线性增加;抗剪强度值随超固结比的增加而增加,呈曲线的变化趋势。超固结比越大,土样的抗剪强度增加的速率越慢。软粘土的抗剪强度指标c,φ值随轴向偏应力的提高而线性增加,但φ值增长幅度较小;软粘土的抗剪强度指标c,φ值随超固结比的增加而增加,呈曲线的变化趋势,超固结比越大,c,φ值增加的速率越慢;与c值相比,φ值增长幅度较小。最后对试验数据加以公式拟合,提出考虑荷载作用下软粘土的抗剪强度指标c,φ值随超固结比变化的计算公式。     

多因素下滨海软黏土循环后强度弱化研究及应用

随着近海工程向深水化、大型化发展,波浪循环荷载作用下软黏土地基弱化问题越来越受到关注。文章以烟台港原状淤泥质黏土为研究对象,通过动三轴试验,研究了不同围压、动应力和静偏应力影响下循环后不排水抗剪强度弱化规律和应力路径发展规律。在此基础上考虑实际工程中的土体状况,增加了固结度这一新的影响因素。试验结果表明存在固结度临界动应力比0.2,当动应力比小于等于0.2时,固结度对于土体强度弱化的影响基本一致;当动应力比大于0.2时,固结度对于强度弱化的影响突然加速。根据试验规律建立了综合考虑围压、动应力、静偏应力和固结度的多因素影响下不排水抗剪强度弱化公式,并采用拟静力方法将公式应用于烟台港防波堤数值模型的计算中,结果表明考虑强度弱化效应的计算方法更加接近工程实际。     

循环荷载下滨海软粘土累积塑性应变试验研究

近海工程在波浪等循环荷载的作用下,地基中的软粘土会产生较大的沉降和变形,影响上部结构的稳定性。本文以烟台港的淤泥质粘土为研究对象,进行动三轴试验,以围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等为变量,探讨了不同工况下淤泥质粘土的累积塑性应变发展规律。试验结果表明,累积塑性应变随着荷载循环次数的增加,先迅速增大,而后增速减缓,最终应变值趋于稳定;累积塑性应变受不同围压值的影响不明显,但是静偏应力比、动应力比越大,其初始增速越快,最终达到的稳定值越大。通过试验结果分析,综合考虑围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等影响因素,提出能够合理描述累积塑性应变发展规律的双曲模型,并应用于烟台港实际工况,计算结果符合工程实际。     

天津滨海软黏土蠕变特性及其经验模型研究

在室内三轴蠕变试验的基础上,分析了天津滨海地区重塑饱和软黏土的非线性蠕变特性。蠕变试验采用分级加载的方式进行,利用"陈氏法"对实测数据进行处理,得到饱和软黏土在不同应力状态下的蠕变试验曲线。在此基础上,依据黏土的应力-应变、应变-时间关系,分别用Singh-Mitchell和Mesri经验模型拟合试验数据。总结拟合结果,结合滨海软黏土的蠕变特性,提出一种分段拟合的Mesri模型,在蠕变前期,模型的应力-应变关系采用双曲线函数,应变-时间关系采用幂函数;在蠕变后期,模型的应力-应变关系采用双曲线函数,应变-时间关系采用双曲线函数,以两条拟合曲线的交点作为分段拟合的分界点。对比分析表明,该方法能更好地描述具有衰减稳定特性的蠕变曲线。选取天津滨海地区原状土蠕变试验数据对该模型进行验证,拟合结果较好,由此建立了适用于具有衰减稳定蠕变特性的滨海软黏土非线性蠕变模型。     

循环荷载作用下淤泥质黏土软化试验研究

针对连云港地区淤泥质黏土颗粒细、渗透系数小的特点,研究了循环荷载作用下土体的软化规律,提出该类土体软化指标.通过三轴循环荷载试验,得到累积轴向应变值和轴向应变值随着循环应力幅值比和固结压力的增大而增大;土样中平均孔压比随着循环应力幅值比的增大而增大;循环荷载的周期越大累积轴向应变和平均孔压值越大;在循环荷载作用初期,变形模量的弱化随着循环应力幅值比和循环周数的增大而更加显著.对试验数据进行分析,得出在风暴潮的波浪循环荷载作用下,连云港地区淤泥质黏土的模量和强度折减系数在0.75~0.80之间.     

不同围压条件下淤泥质黏土蠕变力学特性试验及模拟

淤泥质黏土是码头工程常见地基土,其蠕变特性与码头地基稳定性紧密关联。为研究不同围压条件下的淤泥质黏土蠕变力学特性,对其开展固结排水三轴压缩蠕变试验。基于蠕变试验结果,引入Mesri和Log-Modified模型模拟淤泥质黏土的蠕变力学行为,得到蠕变经验模型,并对比两个模型的辨识效果。结果表明,同一围压下,随着轴压的提升,轴向应变逐渐递增,初始和稳态蠕变速率均呈线性递增趋势;同一加载等级下,围压和轴压的升高促进轴向应变的增长,较高轴压和围压条件下初始、稳态蠕变速率均始终大于较低轴压和围压条件;淤泥质黏土等时轴压-轴向应变曲线近似双曲线,具有明显的非线性特征;Mesri蠕变经验模型辨识效果优于Log-Modified蠕变经验模型。     

偏压固结软黏土循环特性试验研究

关于软黏土循环强度弱化的研究已经有了很多成果。然而在工程上为了削弱循环荷载对土体的影响,一般会采取打塑料排水板、堆载预压等软基处理手段来提高土体强度,从而减弱循环荷载对土体的弱化作用。以烟台港原状淤泥质粉质黏土为研究对象,通过室内动三轴试验,探究土体在静偏应力固结后累积孔压的发展规律和循环强度的弱化规律。根据孔压数据拟合出软黏土的孔压模型,再利用等效超固结比理论将孔压模型与强度弱化规律相结合,得到了适用于偏压固结之后整个动态循环过程的强度变化公式。     

钙质珊瑚砂液化特性的动三轴试验研究

以海南省三沙市珊瑚砂为研究对象,进行不同应变条件下的动三轴试验,研究了珊瑚砂的液化特性。试验结果表明:轴向应变振幅为0.25%,1%,2%,4%的四组珊瑚砂动三轴试验中,只有应变振幅0.25%下试样没有发生液化。偏应力降低速率Ks(随循环振动周期)与试验应变振幅γ之间符合线性关系,随着振幅的增大珊瑚砂达到液化的振动周期数将会迅速减少。珊瑚砂试验过程中表现出循环荷载作用下的循环活动性,并且随着应变振幅的增加,循环活动强度明显增强。发生液化和未发生液化的应力应变曲线有显著的差异,未发生液化试样的应力应变滞回圈整体形态保持相似性,在经历初始阶段的减小后逐渐趋于稳定的形状。发生液化的珊瑚砂试样滞回圈由类三角形逐渐转变为对称的S形。珊瑚砂动三轴试验得到的应力应变滞回圈的变化可以反映出珊瑚砂试样的塑性变形、卸荷体缩、系统误差等信息。     

泥岩颗粒含量对砂泥岩混合料剪切特性的影响

砂泥岩混合料抗剪特性是影响山区港口工程地基处理的因素。采用直剪仪对不同泥岩颗粒含量、法向应力和含水状态的48组试样进行固结排水慢剪试验,分析泥岩颗粒含量对剪应力-位移曲线形态的影响,揭示其与变形、强度间的关系,并建立抗剪强度的经验计算方法。结果表明,颗粒间接触分为同质颗粒接触和异质颗粒接触两类,在应力集中效应下泥岩颗粒破碎是影响砂泥岩混合料强度及变形的重要因素。砂泥岩混合料应力-应变曲线呈应变硬化,其抗剪强度随泥岩颗粒含量增大而减小。     

某滑坡滑带土应力-应变关系模型研究

通过巴东地区某滑坡滑带土的一系列物理性质试验以及不同剪切速率的滑带土重塑样的三轴固结不排水剪试验,确定了滑带土的岩土分类,分析了滑带土试样的应力-应变关系,利用试验数据对邓肯-张(Duncan-Chang)本构模型进行了曲线拟合,通过分析验证,认为Duncan-Chang模型的双曲线型关系能够较好地反映该滑坡滑带土的逐渐硬化类型的应力-应变特性,可以为该类型滑坡的数值模拟研究提供参考。     

考虑变荷载和土体非线性的真空预压竖井地基固结解

针对真空预压竖井地基固结问题,考虑地基土体的非线性、涂抹区土体水平向渗透系数呈抛物线变化和荷载随时间变化的影响,推导出真空预压条件下竖井地基固结的一般解。通过退化研究和对比分析,验证了解析解的合理性。基于一般解,得出瞬间加载和线性加载两种特殊加载模式的相应特解。针对特解,编制计算程序,绘制出真空预压竖井地基固结过程曲线。结果表明,土体非线性对固结特性有较大影响,压缩指数与水平向渗透指数比值越大,地基固结速率越慢;初始应力值越大,土体的固结速率越快;线性加载下竖井地基孔压消散速率较瞬时加载慢。     

淤泥固化土力学性质试验研究

利用固结排水直接剪切试验,可得到未固化淤泥和固化淤泥试样的剪切应力-剪切位移关系,进行计算可得粘聚力和内摩擦角。试验结果表明:不同的水泥掺量和竖向压力可诱发淤泥试样剪切应力-剪切位移关系曲线形状变化,水泥掺入可明显改善淤泥试样粘聚力和内摩擦角,且二者均随水泥掺量的增加而增加。水泥掺入可明显引起无侧限抗压强度和变形模量显著增加,但破坏应变明显减小;随着水泥掺量增加,淤泥力学性质可得到明显改善;破坏应变与抗压强度之间服从幂函数关系,而变形模量与抗压强度之间服从线性关系。     

天津港软土次固结变形特性研究

对天津港原状软土进行一维固结试验,研究该地区软土次固结特性。探讨荷载水平、加荷比、加载时间以及应力历史对次固结系数Ca值的影响,得到该地区软土Ca与Cc的关系。试验结果表明:次固结系数Ca随荷载的增大,先增大后减小;超固结状态下土的Ca随荷载的增大而增大;加荷比R改变会造成Ca~P曲线峰值的偏移,Ca随R的变化而变化,加载时间也会对Ca造成影响。该工程软土次固结系数Ca与压缩指数Cc之比在0.023~0.034之间。     

高动应力水平下软粘土动力特性研究及应用

软粘土在受到不同应力水平动荷载作用时动力特性差异较大,在低水平动应力作用下土体强度呈现循环弱化并趋于稳定状态,在高水平动应力作用下土体强度会发生循环破坏,高、低动应力水平的临界值称为临界动应力。目前研究大多针对低水平动应力作用下土体强度循环弱化问题。针对烟台港淤泥质粉质粘土开展了一系列动三轴试验,探究淤泥质粉质粘土的临界动应力变化特性及土体在高水平动应力下的强度变化规律,研究了不同围压、不同固结静偏应力和不同超固结比条件下软粘土的动力特性。通过对动强度试验数据的统计分析,给出了土体临界动应力随固结围压的变化规律,得到了综合考虑循环次数、围压、静偏应力和超固结比的土体动强度模型。依据已有的低水平动应力下循环强度弱化模型和建立的高水平动应力下动强度模型,通过二次开发将其在ABAQUS软件中实现,建立了综合考虑不同动应力水平下土体强度循环弱化和循环破坏的有限元数值模型,并通过实例研究了土体强度循环破坏对地基承载力的影响。