饱和软土固结的Mandel-Cryer效应及影响因素研究

采用Biot固结理论分析饱和软土的渗流固结问题时,在固结“初期”,会出现隙水压力升高,且大于初始孔压的现象,即Mandel-Cryer效应。基于Biot固结理论,采用有限元计算方法,分析了深度、模量、泊松比和渗透系数对Mandel-Cryer的影响。研究结果显示：随着深度的增加,归一化孔压值增大3~17 m,归一化值为1.01~1.07,曼德尔效应开始时间与深度呈指数关系;模量越大,曼德尔效应的时间越提前,模量对归一化孔压值影响较小,最大归一化孔压值为1.06~1.07;泊松比对曼德尔效应的影响最大,泊松比越小,曼德尔效应越明显,孔压归一化值越大,时间越推迟;渗透系数对Mandel-Cryer效应的影响主要体现在对发生的时间方面,渗透系数越小,Mandel-Cryer越推迟。     

雄安新区粉质黏土的动力特性试验研究

为分析雄安新区粉质黏土的动力特性,采用GDS多功能动态循环三轴试验系统,对雄安新区粉质黏土进行14种工况(不同围压、固结比和加载频率)下的动三轴试验,深入分析了动骨干曲线、动弹性模量、动剪切模量、阻尼比等在不同工况下的变化规律及相关参数。试验结果表明：随动应力幅值的增大,动应变呈非线性增长,且存在某一临界动应力值;随动应变的增大,动模量逐渐减小,且减小速率先快后慢、最后趋于稳定;随动剪应变增长,阻尼比呈非线性增长,且阻尼比最大值不超过0.12;随围压与固结比增大,动强度和动模量均明显增大;围压与固结比对阻尼比影响较小,具有归一性特征;随频率增大,动应力幅值、动弹性模量增大,但增长幅度并不明显。综合分析三变量对雄安新区粉质黏土动力特性的影响程度得出：围压影响最大、固结比次之、加载频率最小。     

不同边界和初始条件下非饱和软土路基一维固结

为解决非饱和软土路基在长期荷载作用下的沉降问题,将Kelvin蠕变模型与Duncan非线性弹性模型串联为一个新的非线性黏弹性蠕变模型,来描述非饱和土路基的应力应变关系。结合孔隙水和孔隙气体的控制方程,推导出非饱和软土路基一维条件下的固结-蠕变耦合方程,可以求解非饱和土路基任意时间任意位置的孔隙水压力、孔隙气压力和沉降量,并考虑了长期荷载作用下路基的蠕变变形。结合工程实例对方程进行了验证,计算结果与实际工程有良好的吻合性。利用推导出的一维固结-蠕变耦合方程,对非饱和土固结的边界条件和初始孔隙水压力分布对其固结的影响进行讨论,发现其边界的排水条件对孔隙压力的消散速度有明显的影响,并且非饱和软土在固结过程中的孔隙压力并不一定是单调递减的,固结过程中可能出现负孔隙水压力。     

黄土地区高填方路堤沉降分析

文章采用4种条件(层重固结法,层重未固结法,孔隙水压力求孔压系数法,孔隙气压力求孔压系数法)下的最终沉降计算方法和简化的考虑施工加载过程的非饱和土一维固结方法,对某公路高路堤的沉降进行计算分析,并与实测资料相比较。结果表明:公路路堤各土层在自重作用下固结已经完成,甚至有超固结;上述4种条件下采用分层总和法计算出的最终沉降量普遍偏大;简化的非饱和土一维固结计算方法可以满足计算精度的要求;同时表明,公路路堤沉降监测与一般地基的沉降监测是不同的,对不同的问题应该研究布设测点的方法;非饱和土有效应力的理论尚不能付诸实用,需要进一步研究。     

竖井井壁竖向附加力的理论计算方法

从弹性力学的空间轴对称问题出发,从理论上推导建立了竖井竖向附加力的应力表达式．分析该应力表达式可知,在竖向附加力作用下,井壁所受的径向、环向压应力值均为零,竖向附加力对井壁的作用主要体现为轴向压应力,且轴向应力在沿井壁厚度方向几乎无变化,因而可以将作用在井壁外侧的竖向附加力等效为作用在井壁横截面上的均布力．利用该应力表达式对某铁矿竖井井壁竖向附加力进行了计算,得到了井壁应力状况．     

弹性地基梁单元的等效结点荷载

推导了Ｗｉｎｋｌｅｒ弹性地基梁单元的固端弯矩和等效结点荷载的计算表达式。考虑的荷载条件有三种：跨内集中弯矩，跨内集中横向荷载和部分分布的均布荷载。为了分析地基相对刚度对等效结点荷载的影响，对不同地基相对刚度条件下的固端力和等跨普通梁单元进行了对比，表明弹性地基梁的固端力总是小于普通梁单元，但在地基相对较软弱时，弹性地基梁和普通梁的固端力差别很小。     

非均布移动荷载作用下黏弹性沥青路面动力响应分析

基于实测非均布车辆荷载移动特性,采用Witczak黏弹性模型动态剪切模量,建立了非均布移动荷载作用下沥青路面结构瞬态动力分析的三维有限层模型,通过3D-MOVE Analysis软件分析不同路面温度、不同车辆行驶速度下沥青路面动力响应的时程变化和横向分布规律,并与均布移动荷载的计算结果进行比较。结果表明:路面结构层动力响应具有交变特性;基层与土基应变恢复具有滞后现象;面层顶面出现应力应变集中现象;在双轮加载区域内路面动力响应横向分布具有非对称性,各动力响应峰值出现在不同横向位置上;与均布移动荷载比较,非均布移动荷载作用下的动力响应沿横向变化较小;随着车辆行驶速度的增加,面层底部动力响应先减小后增大,有一个峰值点,临界速度约为48 km/h;当路面温度由-10℃升高至50℃时,面层底部纵向、横向应变突变幅度分布分别增加了2.75,1.53倍,面层底部剪应力显著增加,且高温下面层底部剪应力容易出现应力集中现象。     

基于非线性固结参数的砂桩地基沉降计算

采用砂桩处置软土地基,在自重及路基堆载作用下将产生较大的固结沉降,而且其固结系数也随时间而变化,具有非线性的固结特性。如果仍然采用恒定的固结参数计算固结度,将会带来一定的误差。基于江苏某高速公路软土路堤的实测沉降数据,采用恒定的固结参数计算沉降,发现其结果较实测偏大,且二者差距随时间有增大趋势。文章通过曾国熙固结度的普遍表达式,反演出固结参数的非线性函数,结合砂井地基固结度计算中的改进的太沙基法,提出对固结度进行修正的计算公式,并基于现场的静力触探（CPT）试验资料,采用复合模量法计算出沉降曲线,将其与实测沉降曲线对比,证明其精度较恒定固结参数的计算结果有较大提高。     

路基堆载预压过程的数值分析

堆载预压法在路基工程中应用广泛,以二维比奥固结理论为基础,结合数值分析的方法对堆载预压法处理软土地基进行了数值模拟,研究了地基沉降和孔压的发展。结果表明:地基顶面路基中心线处的沉降最大,堆载方式对孔压曲线的形状具有很大影响;模拟结果合理,对于类似工程的设计和施工具有一定的参考意义。     

土石复合介质动力特性试验

基于室内不排水动三轴试验,研究了土石比、围压和地震烈度对土石复合介质的动力特性的影响;针对动强度的变化规律,分析了动强度参数动黏聚力和动内摩擦角的变化规律。研究表明:在相同压实度条件下,土石复合介质的动强度随土石比的减小而增大,随地震烈度的提高明显减小;对某一含石量,动黏聚力随烈度的增大逐渐减小,并且随土石比减小减小得更快,而动内摩擦角随烈度的增大而减小;在烈度相同,即相同振次条件下,动黏聚力随土石比减小而增大,动内摩擦角也随土石比减小而增大。最后,给出了动黏聚力和动内摩擦角随土石比和烈度变化的经验模型。     

基于迭代RMSE法的约束阻尼板动力特性分析

忽略约束阻尼结构阻尼层黏弹性材料虚刚度及参数频变特性会对计算该结构模态损耗因子带来误差.本文在修正模态应变能法（RMSE法）的基础上，结合迭代算法，分析了黏弹性材料虚刚度及参数频变特性对约束阻尼板的振型、固有频率和模态损耗因子的影响，探讨了约束阻尼板阻尼层厚度和约束层厚度对结构模态损耗因子的影响规律.分析结果表明：本文方法计算的固有频率和模态损耗因子与相关文献中的试验实测值吻合良好；不考虑黏弹性材料参数频变特性，各阶模态振型形状基本不变，但部分振型的相位相反；阻尼层剪切模量直接影响到结构固有频率，忽略其频变特性会导致在低阶时计算结果偏大17.2%，高阶时偏小7.6%；低阶模态时，忽略黏弹性材料频变特性的模态损耗因子误差最大可到56.0%；约束阻尼板模态损耗因子随阻尼层厚度增加而增大，随约束层厚度增加先增大后减小.     

简支梯度压电梁的解析解

同时考虑材料弹性参数，压电参数和密度的梯度特性，采用逆解法求解了均布荷载作用下简支梁的力－电耦合平面应变问题，首先给出了应力函数和电位移函数的多项式表达式，进而式求得了简支梯度压电梁的解析解，并对其进行了讨论。     

细集料粒径对沥青砂浆黏弹性参数影响程度的灰熵分析

对不同细集料粒径组成的沥青砂浆进行单轴压缩蠕变试验,用Burgers模型拟合蠕变试验结果,并通过灰熵法分析了细集料粒径对黏弹性参数的影响程度,以研究沥青砂浆的黏弹性特性。研究结果表明:1.18~2.36 mm档集料对黏弹性参数E1、E2、η2均产生显著的影响;小于0.075 mm档集料对4个黏弹性参数的影响程度都居于其次;2.36~4.75 mm档集料对参数η1的影响程度显著。     

细集料粒径对沥青砂浆黏弹性参数影响程度的灰熵分析

对不同细集料粒径组成的沥青砂浆进行单轴压缩蠕变试验,用Burgers模型拟合蠕变试验结果,并通过灰熵法分析了细集料粒径对黏弹性参数的影响程度,以研究沥青砂浆的黏弹性特性。研究结果表明:1.18~2.36 mm档集料对黏弹性参数E1、E2、η2均产生显著的影响;小于0.075 mm档集料对4个黏弹性参数的影响程度都居于其次;2.36~4.75 mm档集料对参数η1的影响程度显著。     

基于含冰量的冻结砂土-混凝土接触面蠕变特性

保证高含冰量冻土区桩基础的长期稳定性是多年冻土区桥梁桩基础安全服役中的关键问题,为研究含冰量对冻土-混凝土接触面蠕变特性的影响,采用自行研制的大型蠕变剪切仪,在-2℃条件下开展含冰量为6%、12%、16%、23%、36%、60%、80%的冻结砂土与混凝土接触面蠕变试验.试验结果表明：在恒定的剪应力作用下,除含冰量为6%试样出现加速蠕变外,其他试样仅出现衰减蠕变及稳定蠕变2个阶段;随含冰量的增大,试样黏性变形占比增大,含冰量为80%试样的黏性变形超过总变形量的80%;稳定蠕变速率受到干密度及含冰量的综合影响,含冰量为16%时稳定蠕变速率最小;Burgers黏弹性模型能较好地模拟高含冰量冻结砂土-混凝土接触面蠕变曲线;随着含冰量的增大,初始剪切模量和稳定蠕变阶段黏滞系数先增大后减小,初始蠕变阶段的渐进剪切模量呈幂函数减小,初始蠕变阶段黏滞系数呈幂函数增大.     

基体沥青混合料空隙率对复合混凝土黏弹特性的影响

为了明确复合混凝土优良高低温路用性能的本质并指导复合混凝土路面设计,对复合混凝土在一般温度域范围内的黏弹力学性能进行研究.选择复合混凝土空隙率范围的3种代表值(22％、25％、28％),基于动态模量试验、弯曲蠕变试验和单轴压缩蠕变试验,探究基体沥青混合料空隙率对复合混凝土黏弹特性的影响.研究结果表明:复合混凝土的黏弹性能与基体混合料的空隙率关系密切,在低温条件下,VV=25％的复合混凝土具有相对较强的黏性特征;随着温度的升高,3种空隙率下的复合混凝土黏弹性能逐渐接近;到高温条件下,复合混凝土的黏性特征随空隙率的增大而减小.故相比于22％、28％空隙率的复合混凝土,25％空隙率复合混凝土同时具有较好的高温稳定性与低温抗裂性能.研究结果为复合混凝土设计时材料组成的选择和设计参数的选取提供参考.     

水压条件下矿山法隧道主体结构的受力特征

为探明水压条件下矿山法隧道主体结构的受力特征,采用模型试验研究高水压条件下衬砌的力学行为、结构与围岩、地下水相互作用关系及结构破坏模式.研制了马蹄形断面非均布水压-土压加载装置,模拟大断面隧道衬砌主体结构在不同水压与土压共同作用下的力学行为.研究表明:弯矩沿衬砌周向总体上呈蝴蝶形分布,轴力呈近似椭圆形分布;土压力增大使结构弯矩、轴力、最大变形量和偏心距均增大;侧压系数增大使结构弯矩不同程度地减小,而使轴力增大;水压增大使衬砌轴力迅速增大,而弯矩增大较慢;高速铁路隧道衬砌结构承受的极限水压不宜超过500 kPa.      

基于指数形式渗流的成层地基一维固结半解析解

为了计算基于指数形式渗流的成层地基一维固结变形,将指数形式的渗流模型引入传统的成层地基一维固结理论,建立了变荷载条件下的控制微分方程;采用解析法与数值离散相结合的半解析法对控制方程进行求解;在指数形式渗流退化为达西渗流的条件下,将半解析法的计算结果与解析解进行比较,验证了半解析法计算结果的可靠性.最后,结合某双层地基固结实例对不同参数时的固结性状进行了分析.结果表明:用半解析法计算基于指数形式渗流的成层地基一维固结简便、可靠;上层土比下层土的渗流指数对固结速率的影响显著;压缩性小、渗透性大的土层越厚,成层地基的固结速率越快;加载速率越快,固结速率越快.      

某工业园区道路软基处理效果分析

珠海某工业园区采用插板排水强夯动力固结法处理深厚软基.实测结果表明,强夯可在淤泥层中产生较大的孔压增量,且影响深度较大;但强夯所致的孔压增量在瞬间产生,也在很短时间内消散.强夯前后软基的沉降速率是相同的,强夯对软基的固结沉降基本没有影响.因此,在本文所述的工况条件下,强夯动力固结处理淤泥软土是无效的.     

饱和软土二维-三维列车振动响应对比分析

针对岩土工程中常用二维模型等效三维模型进行数值计算的方法,对列车运行引起的二维和三维动力响应进行了分析.根据钢轨-扣件-隧道-地基纵向模型得到作用于隧道道床上的振动荷载,基于循环流动本构模型和土-水完全耦合理论,计算了列车平均时速下饱和软土层二维和三维的振动响应规律.研究结果表明:两种模型的地表振动加速度、位移以及隧道周围超孔隙水压力在横截面内规律基本相似但数值相差较大;二维-三维地表加速度比和位移比最大值分别可达9倍和6倍,加速度振级相差可达15 d B;隧道周围的二维-三维超孔压比在1.5~3.5之间,单次振动超孔压累积值可达4.36 k Pa和1.69 k Pa,且在隧道竖轴左右45°及135°位置处超孔压力累积最为明显;振动荷载形式、纵向土层振动、固结速度是造成饱和土软土二维-三维列车振动响应差异的主要原因.