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。     

非饱和黏性地基土的土-水特征曲线试验及模拟

内地港口地基土在地下径流和降雨入渗作用下,多为非饱和土,其土-水特性影响港口地基稳定性。以安徽淮北港非饱和黏性地基土为研究对象,开展不同初始含水率、初始干密度、竖向应力以及干湿循环次数下的土-水特征曲线(SWCC)试验。研究发现:初始干密度和竖向应力对非饱和黏性地基土SWCC的影响相似,对进气值、初气值、脱湿速率、吸湿速率和残余饱和度影响较大;初始含水率对土体脱湿、吸湿速率影响较小,随着初始含水率的提升,进气值、吸气值、残余饱和度递增;随着干湿循环作用的增强,进气值和出气值的衰减逐渐削弱。结合地基土土-水特性,修正几种常用的SWCC模型,模拟不同工况下的SWCC,通过评分的方式得到适用于淮北港非饱和黏性地基土的推荐模型。研究成果可为不同工况下非饱和黏性地基土的土-水特性及港口地基稳定性研究提供参考。     

考虑含水率的红砂岩蠕变力学特性试验研究*

为揭示不同含水状态下红砂岩的蠕变力学特性，以0%、1.25%、3.16%和5.38% 4种含水率为控制条件，开展三轴压缩蠕变试验。分析蠕变试验结果，探究不同含水条件下红砂岩应变特征、蠕变速率和长期强度的变化规律。研究发现：1）红砂岩在水和应力的作用下表现出3阶段蠕变行为，高含水率岩石在更少加载等级下发生蠕变破坏；2）红砂岩蠕变应变远大于瞬时应变，水的作用促进瞬时和蠕变应变的增长；3）含水率的升高对初始和极限加速蠕变速率的增大起到促进作用；4）红砂岩在4种含水率下的长期强度分别为22.86、21.91、16.27和10.74 MPa，长期强度随含水率的升高而逐渐降低。研究成果可为红砂岩蠕变特性研究及港口地基长期稳定性分析提供参考。     

基于土-水特征曲线试验的非饱和土强度预测*

港口地基土多为非饱和土,不同基质吸力下的土体强度特性各异,难以准确预测。以福建某港口地基工程非饱和粉质黏土为研究对象,开展土-水特征曲线（SWCC）试验、饱和及非饱和三轴压缩试验。依据土水特征曲线中AB段近线性特征,假设体积含水量与基质吸力对数值lg（ua-uw）线性相关,以A、B点数据作为已知条件,建立lg（ua-uw）与相对饱和度Se的联系,基于Vanapalli强度预测模型,构建新的非饱和土强度预测模型,并给出参数求解方法。引用相关文献中非饱和有机质粉土和膨胀土试验数据,利用新建预测模型对3种非饱和土的强度进行预测,并与传统预测方法进行对比。结果表明,新建预测模型的强度辨识效果较好,对非饱和粉质黏土、有机质黏土和膨胀土的强度预测具有一定的可行性和适用性。     

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。     

东人工岛软弱地基蠕变变形研究*

基于东人工岛现场实测数据,利用双曲线法对地基土长期变形进行预测分析,简化局部地层分界线,选取Burgers本构模型,利用有限差分法对软弱土体的主固结沉降和蠕变量进行计算,得到了东人工岛软弱土体工后5、10、50、120 a的蠕变沉降量。同时,通过有限差分法确定了蠕变计算时Kelvin模型与Maxwell模型的黏滞系数和剪切模量。通过与实测沉降数据进行对比,软弱土体的蠕变沉降不可忽略。     

预压软土地基对超长群桩承载性状的影响

建立超长桩和土体共同作用的三维非线性有限元数值模型,采用预压排水固结法研究软土地基预压后超长桩的承载特性,分析地基土固结沉降、桩身侧摩阻力、桩顶位移-荷载曲线和桩身轴力的变化规律。通过运用控制变量法对预压时间和预压荷载以及不同土质的预压效果进行分析,对比分析单桩与群桩对预压效果的敏感度,并分析固结度对超长桩承载性状的影响。结果表明:预压能较好地改善地基、提高超长群桩的承载能力。增大预压荷载,可增大土体的固结沉降和桩身侧摩阻力;延长预压时间,可提高桩身侧摩阻力,减小桩顶沉降和桩身轴力;预压对群桩的影响好于单桩;固结度越大,超长群桩承载性能越好;对于粉质黏土、黏土以及淤泥质粉质黏土,当预压时间分别达到90 d及180 d时,地基固结基本完成,预压不再改变土的力学指标。     

基于弹塑性理论的岩溶区土洞地基稳定性分析评价

从弹塑性力学理论出发,分析地基中土洞洞壁周围土体的应力状态,利用莫尔—库仑准则定量评价土洞地基的稳定性,为土洞地基稳定性评价提出了一种新思路。在此基础上以铜仁地区国税局办公综合大楼土洞地基稳定性评价为例,研究了地下水位变化下,土洞周围土体的应力状态变化。结果表明,地下水位变化,将使土体应力状态产生显著改变,并有可能最终导致地基破坏或失稳。     

考虑配合比的砂泥岩混合填料剪切蠕变力学特性*

砂泥岩混合填料的配合比是影响码头地基承载性能及稳定性的关键因素。为研究不同配合比下砂泥岩混合填料土的蠕变力学特性,开展剪切蠕变试验。结果表明,在同一配合比下,随着剪应力加载等级的提高,瞬时、蠕变应变量及初始、稳态蠕变速率均呈逐渐递增趋势;当处于同样加载等级时,初始、稳态、极限加速蠕变速率及瞬时、蠕变应变量均随配合比中泥岩颗粒占比增大而呈递增趋势;混合填料长期强度折减较大,折减范围为50.53%~66.95%,长期强度随配合比中泥岩颗粒占比增大而递减。研究成果可为码头砂泥岩混合填料地基长期稳定性评价提供一定参考。     

侧限固结时应力比对粗粒土变形的影响

粗粒土侧限变形特性是量化港口填料在不同荷载作用下沉降的重要依据。基于12组不同应力比侧限固结试验,得出侧限条件下加卸荷次数及应力比对粗粒土应变增量的变化趋势,建立粗粒土应变及塑性应变计算模型,并在二维及三维空间下验证了所建模型合理性。结果表明,堆载应力在土体中存在最大影响深度;当应力比相同时,侧限条件下应变增量及塑性应变增量与增量荷载数值无关。粗粒土受荷载循环作用时应变及塑性应变随应力比增大均呈指数函数变化,且其界限应力比处于2. 124～2. 461。建议在港口施工填筑时对地基上部进行多次强夯加固处理,营运阶段应控制最大堆载量并均匀平铺堆场,以降低填筑区的不均匀沉降量。