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.     

岩石损伤本构模型在大理岩三轴卸荷试验中的应用

依据岩石强度服从统计分布的特点，通过定义损伤变量，并在一定的假定条件下，运用岩石力学中的D-P强度准则，建立岩石损伤本构模型。对大理岩在不同卸荷速率条件下的试验结果进行分析，利用试验所得的岩石力学参数及求解数据，通过拟合求得损伤本构模型的分布参数，进而确定损伤本构模型的演化曲线。通过与试验曲线对比分析，结果表明:理论曲线基本能反映大理岩在三轴卸荷条件下的应力-应变关系及强度特点；导致高卸荷速率下的大理岩试件强度相对要低的原因，是高卸荷速率的岩石在卸荷过程中其内部损伤演化发展相对要快。     

海积软土变形特性及其结构性参数

海积软土压缩变形特性和剪切变形特性均受其结构性影响显著,其变形特征需要结合土体具体特性选择合适的考虑土体结构性的本构模型来合理模拟。对表征土体结构性的参数结构强度系数加以改进,不仅可用于描述偏应变对土体结构性的影响,而且可用于描述体应变对土体结构性的影响,能较好地反映出土体结构性逐渐被扰动的过程。     

基于D-P准则千枚岩变形破坏统计损伤本构模型研究

在分析岩石变形机理基础上，选用Drucker-Prager准则和推广的Lemaitre应变等价性原理，在统计损伤变形理论基础上考虑岩石初始损伤阈值，建立能表达绢云母千枚岩变形破坏全过程的统计损伤本构模型，对岩石三轴围压条件下应力-应变曲线进行拟合。引入损伤修正参数q对完全破坏阶段的变形过程进行修正，利用公式法代替传统比较法所得到的参数；修正后模型能更好地反映绢云母千枚岩处于完全破坏阶段变形特征，常规物理力学试验即可得到相应模型参数。探讨不同围压下分布参数对本构模型影响，验证该模型的准确性和可行性。     

侧向卸荷条件下上海灰色粘性土的三轴试验研究

本文通过K0固结条件下GDS常规三轴和侧向卸荷三轴试验分析了应力路径对上海地区⑤1层灰色粘性土的强度与变形特性影响。试验结果表明不同围压条件下侧向卸荷三轴试验有效应力路径基本呈倒“L”形,而常规三轴试验则呈“S”形。侧向卸荷三轴试验的负孔压数值随围压减小而单调增加,其最终值与围压大小正相关;侧向卸荷三轴压缩试验应力应变关系与常规三轴压缩试验有较多相似,其峰值强度都随体积应力的增加而提高,但破坏时应变值明显较常规压缩试验偏低。归一化土体模量与应力水平呈幂次关系,其幂指数m值与《上海市基坑工程技术标准》中对浅层土建议值基本相同。     

基于小孔扩张弹塑性理论的注浆起始劈裂压力研究

劈裂注浆技术已在众多岩土工程中成功应用,但劈裂注浆机理不明,起始劈裂注浆压力计算理论远远落后于工程实践的发展。为了揭示黏土注浆过程中起始劈裂注浆的力学机理,假定土体服从各向同性不排水条件,基于球形和柱形扩张弹塑性理论,采用应力转换方法,结合偏微分方程组的定解条件,得到2种小孔扩张问题的数值解,通过简化分析小孔扩张孔壁处土体单元的应力变化规律,建立了球形与柱形扩张弹塑性方程,并结合受拉破坏、剪切破坏以及临界状态极限破坏模型,提出黏土注浆3种起始劈裂压力解析解。解析解与数值解对比结果表明:当土体的超固结比(OCR)为2时,数值解与解析解计算扩孔压力一致,当OCR小于2(或大于2)时解析解计算扩孔压力略高于(或略低于)数值解,验证了不同超固结比下弹塑性解析解的合理性以及实用性。黏土劈裂注浆模型试验与参数分析表明:在黏土劈裂注浆过程中,先后经历土体压密、沿垂直小主应力方向产生起始劈裂以及裂缝扩展3个阶段;随着注浆压力的增大,注浆体周围土体先发生剪切破坏,随后浆液会填充剪切破坏面,再发生拉伸破坏;对比由剪切破坏、拉伸破坏以及临界状态极限破坏控制的球形和柱形扩张起始劈裂压力理论值与模型试验结果,柱形小孔扩张拉伸破坏理论方法和模型试验结果更吻合。     

硫酸盐盐渍化道路横向隆起的力学响应分析

针对沙漠区沥青混凝土道路因路基土硫酸盐盐渍化,土体膨胀所导致的路面横向隆起病害,为了研究病害不同发展阶段路面结构的受力特性及破坏形式,了解该类病害影响下路面结构所能承受的临界应力和破坏时隆起变形的临界挠度,以发生横向隆起病害的路面实体为研究对象,基于复合材料力学与弹性力学理论,结合病害实体基本特征及分布情况,将路面结构抽象简化为一层间接触良好、变形连续的整体式层状结构,构建了路面结构在路基盐胀作用及其自重影响下发生横向隆起病害的力学模型,推导了路面结构在路基盐胀作用及其自重影响下隆起变形的挠度方程。在此基础上,进一步求得了路面结构在上述作用下的应力、应变公式及整体式双层梁结构的刚度计算公式。之后,结合具体实例,分析了不同盐胀作用下,基层、面层的最大拉应力和挠度变化规律。根据路面结构参数与面层、基层的抗拉强度,通过所建力学模型中应力公式可判别在盐胀作用下路面结构基层、面层发生结构性破坏的时序。同时,对于既定参数的路面结构,利用模型中挠曲变形公式,可建立不发生由盐胀引起路面结构层结构性破坏所能承受的临界隆起高度和临界盐胀作用,有利于指导沥青混凝土道路盐渍化病害防治与路面结构组成设计。     

基于SPH-FEM耦合方法的开挖面稳定性多尺度分析

运用光滑粒子流体力学(SPH)模拟土体在开挖扰动下的大变形破坏过程,通过有限元(FEM)模拟非大变形土体与隧道结构,运用多尺度方法来探究开挖面稳定性问题。两种方法所建立的土体区域皆运用相同的三维摩尔-库伦本构模型进行高斯积分点上的求解,以确保一致性。通过与开挖面稳定性模型试验的标定,验证了该方法的可行性。以此为基础,运用控制变量法进行一系列参数分析,探究了土体受到开挖扰动时的竖向位移、竖向应力的变化规律及对应位移场、应力场和等效塑性应变场的变化规律。最后,研究了等沉降面的发展情况,证明了这种多尺度方法的可信度。对于开挖面稳定性方面的研究,这种耦合方法可以较好地反映土体的变形规律和破坏机制,为研究开挖面稳定性提供了一种有效的计算工具。     

卸荷下老黏土的静力特性试验研究

为了研究老黏土在卸荷条件下的强度和变形特性,利用应力路径三轴仪对武汉地区具有代表性的老黏土进行固结不排水三轴试验。通过与软黏土的已有研究成果进行对比,探讨了卸荷条件下老黏土主要破坏的型式和应力-应变归一化特性。基于Duncan-Chang模型,验证了适合武汉老黏土的非线性弹性模型,总结出老黏土的变形发展规律,并给出了Duncan-Chang本构模型参数建议值。     

基于不同初始静偏应力的结构性软黏土动力特性试验研究

以天津滨海新区结构性海积软土为研究对象,采用GCTS动静扭剪试验仪,基于正弦波与方波两种波形,在固结排水条件下施加不同初始静偏应力,通过考虑循环振次、应力幅值、振动频率以及围压等因素对土体结构的影响,研究结构性软黏土的动力特性。试验结果表明:初始静偏应力小于土体初始屈服应力时,施加静偏应力增加了土体固结度,提高了其结构强度,应变软化现象减弱,累积塑性应变曲线中屈服点对应的应力值大。初始静偏应力大于土体初始屈服应力时,土体初始结构破坏,出现严重的应变软化现象,累积塑性应变曲线迅速由稳定型转变为临界型,且在同条件下,方波应变值始终大于正弦波。孔压变化与初始静偏应力有关,随着静偏应力增大其孔压滞后现象严重。土体屈服应变随初始静偏应力增大而增加,静偏应力及振次相同时,方波作用下的土体屈服应变值小于正弦波。两种波形下,土体屈服应变随振次增加均呈减小趋势,且最终均会趋于一点,正弦波趋于相同数值下的振次远大于方波。土体动强度随应变标准提高而呈现增大趋势,应变标准为屈服应变值时,动强度曲线表现为先陡后缓,其他应变标准下动强度曲线较为平缓。两种波形下的动强度随振次增加而减小,最终均会趋于一点,且正弦波值大于方波。     

二维各向异性固结微分方程的解法

讨论了各种异性饱和土体中二维固结问题的初始孔隙水压力问题，并在求得的该初始孔隙水压力条件下对各向异性二维固结微分方程进行了求解，并对求得的精确解进行了分析比较。     

石灰改良粉质路基土永久变形特性研究

利用三轴循环加载设备对石灰改良粉质路基土进行重复加载,研究其永久变形特性.分析了循环累积应变与循环次数、围压、频率的关系.分析结果表明:路基土累积应变随应力水平和循环周数的增加而增加；累积应变的增长速率随应力水平的增大而增大,随应力水平的减小而减小；当应力水平高于临界值时,土体强度随循环周次的增加而软化、破坏.     

饱和软土三轴剪切特性与微观结构关系试验

天然土体均具有一定的物质组成和内部结构,因而表现出不同的工程特性。为探求软土在剪切变形过程中微观结构的演化规律,研究土体的宏观物理力学性质与微观结构之间的相互关系,对珠江三角洲饱和软土进行真三轴剪切试验和核磁共振试验,获取不同剪切速率条件下不同应变阶段的软土力学响应特征和孔隙微观结构参数。试验结果表明：三轴试验前后软土的孔径均主要集中在1～20 μm区间,经三轴剪切试验后软土的微观结构及其参数均发生了不同程度的变化,如平均孔隙半径减小,孔隙率降低,含水率减少。在剪切过程中,软土的剪切变形存在一个应变阈值（竖向应变4%～5%）,当竖向应变小于应变阈值时,软土的小孔隙的百分数随应变增大而减小,中、大孔隙百分数随应变增加而增加;当竖向应变大于阈值后,孔隙分布随应变的变化趋势则反之。软土的微观结构形态及其微观结构参数变化受剪切速率和土的应变值这2个因素影响较明显;孔隙形状参数（S/V）随土的应力状态（广义剪应力q和应变ε_s）有规律变化。此外,从微观结构层次和分子动力学角度揭示了软土剪切力学行为,软土剪切过程实质是土微（细）观结构不断自我调整的过程,土体的受力变形在微观上主要表现为孔隙大小和形状的变化。     

原状结构性土先期固结压力的确定与分析

天然土体往往都具有结构性,通过对土体结构性的研究,进而明确结构性对土体变形的影响,对于土体的力学性状的研究具有重要意义,对于结构性对土体变形的影响,王国欣通过改进李涛的数学模型建立了考虑结构性影响确定先期固结压力的计算关系式,通过进一步将改进的方法确定的先期固结压力用于变形量计算分析中,通过实际的应用与分析,评价了该方法与传统的e-lg p曲线法以及与实际变形情况之间的关系。     

堆石料三维强度特性

考虑颗粒尺寸效应、破碎、分形等细观特征，结合大尺寸三轴试验结果，建立了堆石料的各向异性破坏准则。借助砂土细观组构描述方法，用组构张量描述堆石料颗粒细观特性，提出了新的各向异性状态变量；同时将该变量作为堆石料细微观演化的内变量建立了线性形式的堆石料破坏准则，构建过程既简化了表达式，又保留了现有指数形式破坏准则的优点，能够描述复杂应力条件下堆石料的强度特性。通过状态变量的变化，提出的准则能较好地描述不同各向异性条件下应力状态、路径、罗德角、主应力轴旋转等变化对堆石料强度的影响。引入正交各向异性组构，推导了随罗德角、主应力旋转角变化的各向异性状态变量表达式，给出了不同参数变化下的堆石料三维强度破坏面。用大型三轴排水试验结果确定材料破坏准则的参数，基于分形维数理论研究了不同级配的堆石料在不同围压下的强度和变形特性关系。验证表明：提出的各向异性破坏准则可以较好地描述堆石料分形维数、孔隙比和围压对其三维强度特性的影响；随分形维数及强度参数变化，该准则能较好地反映堆石料强度在细观特性下的变化关系。     

路肩短卸荷荷板式挡土墙试验研究及应用

路肩短卸荷板式挡土壤是一种新开支挡结构，它利用卸荷板的遮帘作用来减少下墙的侧压力，同时又能充分利用板上土体的重量平衡墙体，使墙基应力分析均匀，改善本稳定条件，本文介绍了该新型挡墙在侯月铁路某工点的试验研究情况，并运用库伦理论有限单元法分析了墙体的受力状况，与实测墙体受力情况进行了对比，并作了该工点的经济效益评估，论证其合理性。     

原状Q_3黄土剪切破损机理及其本构模型研究

原状Q_3黄土具有显著的结构性与湿陷性,其结构性对力学性状的影响非常复杂。为揭示原状Q_3黄土在三轴剪切试验过程中的细观结构变化,构建描述原状黄土Q_3剪切破坏细观结构破损演化规律的本构方程,揭示其结构性对力学性状的影响,采用了应力控制式CT–三轴仪对非饱和原状Q_3黄土进行围压为50,100,200,400 k Pa的固结排水三轴剪切试验,同时利用CT机将试样的5个断面分别按固结完成时、微裂纹产生时、剪切破损发展演化Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和剪切破坏时6种损伤状态进行实时无损量测。结合三轴剪切试验时应力应变状态、对应的CT扫描CT数及方差的物理意义定义了原状黄土破损结构势参数与破损率,建立了破损率与轴向应变、偏应力的演化方程,充分利用CT图像上的细观物理信息研究了原状Q_3黄土结构破损演化过程及力学行为。试验结果表明:在峰值偏应力前后弱软化型试样随轴向应变的增大CT数先增大后减小、方差先减小后增大,而硬化型试样则CT数单调增大、方差单调减小;剪切破坏时软化型试样破损结构势参数先小幅增长后快速减小,硬化型试样其值变化不大;根据定义的破损率与轴向应变、偏应力函数关系将不同围压下破损前和破损后分段拟合进行归一化处理建立的本构方程可以很好地表述原状黄土剪切破坏细观结构破损演化全过程。     

考虑土体应力路径及非线性影响的基坑支护结构受力与变形分析

基坑开挖将导致周边土体应力状态发生变化，忽略开挖过程中土体应力路径及应力-应变关系非线性影响的仿真计算将影响预测精度。通过与实际监测值进行对比，验证了考虑土体应力路径与非线性影响的数值仿真模型合理性，并且分析了桩长、锚索预应力、土钉长度对支护桩受力与变形的影响。结果表明：忽略土体应力路径与非线性的影响将低估地表沉降、高估支护桩底部变形；与桩长、锚索预应力相比，土钉长度对支护桩受力与变形的影响较小；支护桩反弯点出现在距离桩端约（0.4～0.6）H处；锚索预应力超过110 kN后对降低工点基坑支护桩变形的效果减弱。     

水泥搅拌桩的施工扰动效应

为全面系统研究水泥搅拌桩的施工扰动效应,可在室内和现场试验的基础上,建立考虑剪切的空间圆孔扩张理论,建立并求解考虑土体结构性和施工扰动的复合地基固结微分方程,进而提出搅拌桩施工扰动的评价方法和控制措施。     

基于热力学的沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型

为了表征沥青混合料的力学行为,以不可逆热力学理论为基础,推导出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型;将建立的本构模型用于分析沥青混合料三轴蠕变试验和等应变速率压缩试验.结果表明:该模型能够合理描述沥青混合料蠕变试验的三阶段,准确表征其三维变形特征,并能从机理上分析沥青混合料的变形行为;可以较准确地预估等应变速率压缩试验中的应力-应变发展规律及应力峰值和体积变形规律;所提出的粘弹-粘塑性损伤本构模型能够表征沥青混合料在多种压缩加载模式下的力学行为特征.