上海黏土力学特性试验及应用研究

修正剑桥模型是描述黏土弹塑性本构的重要临界状态模型。通过三轴应力路径剪切试验,给出了上海第5层黏土临界状态线斜率。通过K0固结压缩试验以及回弹试验,得到土体的压缩回弹对数体积模量。采用本文重塑土体参数以及原状土参数进行基坑开挖导致的土体位移有限元分析。结果表明,重塑土体参数较原有土体刚度有一定的减小,基坑坡顶位移及底部隆起采用重塑土体参数计算时,结果与原状土相比明显增大。     

不同应力路径下黏性土的力学特性研究

对上海地区⑤1层软黏土进行了常规三轴、减压三轴试验，以研究考虑不同应力路径的力学特性。分析了初始固结状态对软黏土应力路径的影响，比较了不同应力路径下土体的应力-应变关系特征和孔隙水压力变化规律，计算了土体抗剪强度指标。研究结果表明，应力路径对土的峰值强度、孔压、有效应力路径等特性影响很大，软粘土的应力-应变关系具明显的非线性,且基本呈应变硬化型；常规三轴试验中孔隙水压力为正值，减压三轴试验中总体为负值；初始固结状态对黏土的抗剪强度有一定的影响，且影响主要来自对黏聚力值上，对内摩擦角值影响较小。     

不同应力路径下上海地区软黏土三轴试验研究

在深基坑工程中,土体的开挖是个逐渐卸荷的过程.在这一过程中,土体的应力状态不断变化.为考虑应力路径对土体的影响,采用GDS三轴仪对上海深邃工程的原状软黏土进行三轴试验,研究不同应力路径下土体的应力-应变关系、孔隙水压力变化规律、有效应力路径和变形特性.结果显示:土的峰值强度、孔压、有效应力路径和变形等特性均受到应力路径的显著影响,在实际工程中应考虑这一因素.另外,需特别注意开挖卸荷过程中较小的变形就可能导致的破坏,应防范骤然破坏情况的出现.     

重载铁路粉质黏土填料回弹模量及预估模型研究

以朔黄铁路广泛应用的粉质黏土填料为研究对象,采用杠杆仪法测定粉质黏土的回弹模量,研究含水率和干密度对重载铁路路基填料回弹模量的影响。研究表明：路基土体的回弹模量随干密度的增大而增大,随含水率的增大而减小;相比于干密度,土体的回弹模量对于含水率更敏感;提出可考虑含水率和干密度影响的路基基床土体弹性模量预估模型;通过实际铁路路基监测数据,验证模型在预估路基弹性变形方面的有效性。研究结果对于在外荷载和雨水联合作用下,进一步认识粉质黏土填料路基的弹性变形特性、状态评估与加固强化设计,具有参考价值。     

地铁联络通道人工冻结粉质粘土变形与温度特性试验研究

为研究温度对粉质粘土变形特性的影响,以冻结粉质粘土为研究对象,通过三轴剪切试验,研究了不同温度条件下粉质粘土变形特性.试验结果表明:温度对土体的变形和强度存在显著影响.同一偏应力作用下,温度越低,变形越小.温度与冻结粉质粘土强度大致呈反余切函数关系.冻结粉质粘土应力-应变关系呈硬化型,无峰值强度.未冻粉质粘土应力-应变关系呈软化型,有峰值强度.依据Duncan-Chang模型建模思路建立了以温度为影响因子的冻结粉质粘土本构模型.偏应力和应变呈幂次函数关系.温度则主要通过幂次函数的系数A和B影响冻结粉质粘土的应变.最后,将建立的本构模型导入有限元分析软件MIDAS中,并以沈阳地铁DK11+ 395联络通道处工程为例,对冻结法施工过程中的土体变形进行了数值模拟.数值计算结果与现场监测结果吻合程度较好,验证了所建立本构关系模型的有效性.     

黄泛区中高液限黏土动、静态回弹模量及预估模型研究

土体回弹模量是路基填料的重要力学指标和路面结构的主要设计参数。针对黄泛区中高液限黏土，开展了3种压实度、3种含水率和3种围压、7种附加应力水平下的动、静三轴试验研究，分别获得了189组工况下的动、静态回弹模量及其相关关系。研究结果表明：土体回弹模量与物理状态和应力水平密切相关，且土体动态回弹模量普遍高于其静态值，动态回弹模量以及动、静回弹模量比均随着偏应力比（附加应力与围压比值）的增加而呈指数式衰减，并可划分为快速衰减区、过渡区和缓慢衰减区，对应的偏应力比分别为0.2~1.0，1.0~2.0和2.0~3.0；在此范围内，土体的动态回弹模量为其静态回弹模量的1.21~1.91倍；同时，获得了土体归一化动态回弹模量与回弹应变的相关关系，提出了黄泛区中高液限黏土归一化动态回弹模量表达式，在偏应力比为0.2~3.0范围内，土体的回弹应变为34×10^-6~2 200×10^-6，处于变化敏感的小应变水平，归一化动态回弹模量随着应变的增加而快速减小，最大衰减至0.54，计算路基顶部竖向压应变的设计指标时，需要考虑动态回弹模量的衰减；最后，对现行规范的土体动态回弹模量预估模型进行了修正，提出了适合黄泛区中高液限黏土的三参数经验公式，并且建立了土体双参数静态回弹模量预估模型，对9种不同物理状态下的土体静态回弹模量进行了可靠预测。     

含应力旋转路径条件下黏土非共轴变形特性

利用空心圆柱扭剪仪对不同含应力旋转路径条件下黏土的非共轴变形特性开展了研究。试验应力路径包括:主应力方向单纯旋转、主应力方向往复循环旋转以及旋转的同时增加剪应力,分析了主应力系数、剪应力水平、应力旋转方向及其与剪应力耦合作用对黏土非共轴特性的影响。试验结果表明:各类含应力旋转路径都会引起原状黏土相应的变形累积,中主应力系数及剪应力值对应变的开展都有一定的影响。不同主应力方向旋转路径引起的主应变增量方向都与主应力方向存在显著的非共轴现象。排水条件、中主应力系数、循环次数对黏土非共轴特性的影响较小,剪应力值较小时非共轴现象更为显著,主应力旋转方向反向时,非共轴角会随之发生突变,应力旋转路径是决定黏土非共轴变形规律的主要因素。     

不同应力路径下宁波粘土K0固结三轴试验研究

利用GDS多功能三轴仪对宁波地区原状粘土进行了不同应力路径作用下K0固结三轴压缩试验,探讨了增P、等P和减P3种应力路径条件下宁波粘土的应力-应变、孔隙水压力和强度特性,并结合试验结果分析了粘土的总应力路径和有效应力路径特性。结果表明,总应力路径和有效应力路径的变化趋势基本一致,不同应力路径下q-ε1非线性关系明显,土体呈现弱软化型;不同应力路径下土的峰值强度和土中孔隙水压力差异明显;应力路径对粘聚力影响较大,对内摩擦角影响不大,有效强度指标则呈相反趋势。     

干湿循环作用下银川地区重塑粉质黏土强度劣化试验研究

地处黄河冲积、湖积平原的银川地区,粉质黏土分布广泛,为探讨干湿交替环境对粉质黏土强度劣化规律,选取银川地区典型粉质黏土,制作不同压实度和饱和度的重塑土样,进行了不同干湿循环次数和不同围压下的不固结不排水三轴试验。分析了应力应变曲线形式、峰值应力、抗剪强度指标的试验数据。结果表明:(1)干湿循环作用改变土体应力应变曲线形式,随干湿循环进程的发展,其形式由应变硬化型过渡为应变软化型,且3次干湿循环后,软化程度逐渐增大;(2)干湿循环前期、末期峰值应力在高饱和度下衰减较快,干湿循环中期峰值应力在低饱和度下衰减较快,并且认为干湿循环作用对不同压实度、不同饱和度及不同围压下土体具有归一特性;(3)干湿循环后,黏聚力与内摩擦角均发生劣化,但黏聚力劣化程度较内摩擦角更大;干湿循环前期黏聚力在高饱和度下劣化较大,干湿中期、末期在低饱和度下劣化较大,且黏聚力随干湿循环次数的劣化规律在低饱和度下符合线性回归,高饱和度下符合二次曲线回归,相关性较好。     

粉质黏土小应变硬化本构参数研究

粉质黏土是中国广泛分布的一种易胀缩、透水性差的软土,其力学参数确定和本构模型修正一直是研究重点。文中以长沙轨道交通6号线典型粉质黏土为研究对象,通过土工试验确定其物理力学参数;借助ABAQUS软件和二次开发手段,对小应变硬化模型、摩尔-库伦模型和修正剑桥模型等进行计算对比,得出小应变硬化模型的三轴应力-应变曲线与土工试验所得三轴应力-应变曲线最接近,明确了该模型对粉质黏土的适用性。     

考虑渗流固结耦合作用的软土深基坑降水施工的三维数值

在前人研究资料的基础上,基于三维比奥固结理论和修正剑桥模型,对三维渗流固结耦合模型在复杂地质条件下软土深基坑降水计算中的应用进行研究,并以上海某一实际基坑降水工程为例,对其降水过程进行三维有限元计算。通过对该工程的三维有限元分析表明,考虑渗流固结耦合作用的三维数值模拟方法能够很好地模拟基坑降水引起的基坑及土体变形特征。因此,在深基坑降水及其引起周边土体变形的计算中,运用该数值模拟方法具有重要的现实意义。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

基坑开挖对邻近地铁区间隧道的影响分析

在深基坑工程施工中,基坑降水开挖会使得周围土体产生沉降。特别是当基坑邻近既有地铁区间隧道时,其开挖过程对隧道变形的影响更应得到重视。以沈阳地铁二号线邻近的恒隆广场深基坑工程为背景,通过有限差分软件FLAC3D进行数值模拟。结果表明:富水砂层地质条件下,降水开挖后地表沉降整体值并不是很大;通过不考虑流固耦合和考虑流固耦合的对比分析,得出不能忽视降水对周围土体扰动及区间隧道变形的作用;区间隧道主要以水平位移为主;在施工中,要着重对与基坑距离最近的右线隧道进行监测。     

厚壁圆筒最佳配筋方式的研究

为了提高混凝土厚壁圆筒的极限承载力,引入功能梯度材料思想,通过沿钢筋混凝土厚壁圆筒径向方向布置不同方式的配筋,使厚壁圆筒具有功能梯度特性。设计了3种不同的配筋方式,使用ANSYS有限元模拟软件,对外壁受有径向均布荷载作用的钢筋混凝土厚壁圆筒应力状况进行数值模拟研究,通过对比3种不同配筋方式的应力状况,得到了为改善厚壁圆筒应力状态的最佳配筋方式。     

砾石隧道潜盾开挖之颗粒力学数值模拟探讨

砾石材料组成与强度具高度异质性,受力常见分离破坏,重新堆栈后又可回复部分强度,以连体力学模式难以有效描述其行为。研究以颗粒学理论为基础发展的颗粒流数值软件PFC2D建立数值模型,透过仿真现地直剪试验结果,校正颗粒间之颗粒参数,并以颗粒参数转换试验克服尺寸效应对颗粒力学模式的影响,获得具代表性颗粒参数模拟现地开挖,探讨潜盾开挖引致砾石层之沉陷特性。研究结果显示利用颗粒力学数值模拟技术,能更有效模拟砾石层特殊地工特性的隧道行为。     

地铁隧道的下穿施工对上部路基沉降影响分析

在不均匀动荷载的土岩组合地区中修建浅埋隧道,保证上部铁路的安全是隧道施工中的一大难题,通过有限元数值模拟分析,对列车动荷载和注浆施工工法等进行模拟,对不同情况下的地表沉降值进行研究,确定影响安全的关键因素,采取关键施工措施和量测手段,使铁路的最终沉降控制在预定目标内,对类似工程设计具有指导意义,保证隧道安全穿越既有铁路。     

异向性岩石之裂缝传播分析

为分析异向性岩体之断裂力学性质,以异向性线弹性理论配合材料基本解(Green’s Function)、边界积分方程式及裂缝尖端模式为理论基础,借以Fortran语言撰写成BEM分析程序,其可成功的分析等向性及异向性材料之裂缝尖端应力强度因子等相关问题。为检验数值分析结果之可靠度,并与异向性岩石实验之结果进行比对,其分析之比较结果非常吻合,且可成功地求得混合模态载重下多裂缝尖端之应力强度因子。并藉最大张应力理论求解初始开裂角度进而模拟裂缝传播路径,发现其裂缝传播路径亦受材料异向性程度不同及裂缝的几何形式而有显著的影响。     

建筑物下地铁车站穿越施工数值模拟方法分析

随着城市地下空间的开发利用,浅埋隧道穿越地面建筑物施工问题引起了越来越多的关注。以北京某地铁车站为例,采用3类数值模拟方法对建筑物下地铁车站动态施工全过程进行了模拟计算,对比分析了不同模拟方法对地表、围岩及支护结构受力变形的影响。结果表明:在不考虑建筑物及其荷载情况下地表、围岩及支护结构的应力、变形最小;在考虑建筑物存在情况下地表沉降量、基础沉降差及地表水平位移量较小,但沉降槽宽度较大;将建筑物上部结构简化成均布荷载时,基础存在与否对地表沉降曲线影响不大,但基础的存在可以减小地表水平位移、车站拱顶下沉、支护结构变形及立柱轴力。文章最后将计算沉降值与实测值进行了对比,考虑建筑物存在情况下的计算沉降值与实测值最为接近。     

预铸混凝土环片循环载荷试验与分析

藉由预铸混凝土环片试体内装设钢筋计,除可了解环片制造过程中,混凝土蒸汽及水中养生过程,钢筋应变随环片温度变化的情形外,还可透过环片循环载重抗弯试验过程,了解钢筋应力及应变变化情形。将环片预铸过程所使用的钢筋与混凝土样品,分别进行拉力及压力试验,获得应力与应变之组合律,再利用材料及钢筋混凝土力学理论,进行环片循环载重抗弯试验成果分析,分析结果与实测结果及理论解进行比对,可评估传统监测仪器预置于钢筋混凝土环片内之适用情形,不但可以确认环片钢筋设计用量之适当性,而且还可以作为来日隧道近接施工阶段,监测环片内应力之变化及有限元素数值模拟分析结果比对的基础。     

地铁盾构法施工对地表变形的影响分析

为研究地铁盾构法施工对地表沉降的影响情况,利用盾构施工现场监测数据结合三维有限单元法数值模拟对地表沉降的变化情况进行研究。根据监测数据结果,明确施工推进时对纵向地表的影响范围,横向监测数据随着盾构不断推进的变化规律。利用ABAQUS软件,以实际的地层参数、施工参数等及相应的地面沉降数据作为样本,建立三维有限元模型,与施工中的地表沉降监测值进行对比,计算结果基本满意。现场监测沉降值在允许范围之内,模拟值和实测值比较接近,为预测地表沉降提供参考。     

杭州软弱土层盾构穿越民房技术控制措施

以杭州地铁某隧道区间盾构穿越民房A23施工为例,阐述盾构穿越淤泥质粉质黏土的技术控制措施,规避了盾构施工引起地面房屋沉降开裂等风险,为杭州地区类似地层的盾构施工积累了经验。