深基坑降水沉降计算土体弹性参数取值方法探讨

针对上海和天津软土地区敏感环境下的深基坑降水工程,对比由室内土工试验获得的土体剪切模量G与抽水试验反算得到的剪切模量G?及土体小应变初始剪切刚度0G之间的关系,采用土体小应变模型(HSS)分析0G/G–?关系,指出敏感环境条件下,基坑降水引起土体应变范围约为0.1%~0.5%,可取土体剪切刚度(7)(8)0G=0.25~0.35 G估算土层变形。以上海地铁10号线航中路站和彭越浦泵站基坑工程降水为例,根据所建议的取值方法确定含水层压缩模量计算含水层变形,与采用抽水试验结果计算得到的变形相近,验证了本文建议取值方法的合理性。     

上海地区软土HSS模型参数的试验研究

HSS模型可以考虑小应变范围内土体剪切模量随应变增大而衰减的特点,在基坑开挖数值分析中逐渐得到较多的运用。通过基于GDS系统的三轴仪、常规固结仪和共振柱仪完成系列的室内试验,获得了上海地区典型软土层(也即黏土层2、淤泥质粉质黏土层3、淤泥质黏土层4和粉质黏土层5)的硬化土小应变本构模型(HSS模型)参数c',φ',E_(oed)~(ref),E_(50)~(ref),R_f,G_0~(ref)和γ_(0.7),以及模型参数之间的比例关系,并将试验结果与已有文献的相关结果进行对比分析。通过工程实例的数值分析表明,围护墙体水平变形计算值和实测值大致相等,验证了HSS本构模型以及本文提出的参数确定方法在上海软土地区基坑开挖分析中的适用性,具有工程参考价值。     

太湖明挖隧道围护结构变形监测与参数智能反演

获得准确的土体参数对软土工程的施工安全和工程质量意义重大,然而,软土具有特殊的工程性质,采用室内或原位试验都不可避免会对土体造成不同程度的扰动,从而影响土体参数的准确获取。反分析方法则可以通过现场大量监测数据的反向挖掘,能够有效的优化和补充原位测试和室内试验测得的参数。依托太湖明挖隧道临时大堤段深基坑工程,分析了基坑围护桩位移的监测数据,采用BP神经网络对该深基坑工程施工参数进行了动态反演,并论证了反演结果的合理性。结果表明,基于反演参数建立的计算模型,能够有效的模拟围护桩的变形位移,较好地吻合了实际监测结果,从而验证了参数反演分析方法的合理性。     

上海地区软土旁压加卸载变形特性试验研究

软土具有强度低、压缩性高的特点,在不同应力状态、应力路径下其变形呈现明显不同的非线性特征,研究软土的原位变形特性对各类地下工程土体变形的控制具有重要意义.通过对上海地区不同深度土体进行原位旁压加卸载试验,从加载及卸载两个维度对原位土体的变形特性进行描述.通过旁压加载试验结合室内小应变三轴试验,获取了土体剪切模量G随剪应...     

饱和黏性土最大动剪切模量的室内和原位试验对比研究

对463组饱和黏性土原状土样室内试验的最大动剪切模量和同一位置现场原位试验确定的最大动剪切模量进行了对比研究。结果表明:原状土样室内试验和同一位置的现场原位试验所确定的动剪切模量相差很大,室内试验结果基本上小于现场试验结果,埋藏深的土样相差更大;室内试验的最大动剪切模量与深度符合指数规律,并得到了室内试验最大动剪切模量与现场剪切波速的统计经验关系式。通过工程实例比较了两种试验最大动剪切模量对地震反应分析的影响,室内试验最大动剪切模量与现场剪切波速的关系统计式在工程场地地震反应分析中具有一定的参考应用价值。     

扁铲侧胀试验求解初始水平应力和静止侧压力系数

根据扁铲侧胀试验全过程中土体应力应变特点,以弹性理论中的Mindlin解为基础导出试验结果与土体剪切模量和泊松比之间的关系,进而得到原位土体初始水平应力σh0的理论计算式及静止侧压力系数K0的表达式。用上海地区地铁工程的实际资料进行对比分析,结果令人满意。     

上海黏性土的初始剪切模量试验研究

以上海天然沉积黏性土②~⑥层土为研究对象,利用共振柱仪器实现了各土层在不同固结压力下的弯曲元和共振柱试验,得到了各层土体小应变水平下的初始剪切模量。试验结果表明,利用弯曲元试验时域初达波法和时域峰值法能得到与现场单孔波速原位测试结果相一致的剪切波速;共振柱试验得到的土体小应变初始剪切模量与弯曲元试验结果基本一致。分析表明,在所试验的各层土中,第③层淤泥质粉质黏土和第④层淤泥质黏土的剪切模量相对较小,第⑥层土的剪切模量最大;第②、⑤层土的剪切模量接近,且大于③、④层,小于第⑥层土,这与土样的实际天然状态是相吻合的。利用Rampello公式可较好地拟合上海黏性土的初始剪切模量,所得的拟合曲线可用来确定各土层在不同深度处的初始剪切模量。     

土体原位孔内剪切测试技术及其应用研究

土体粘聚力和内摩擦角是岩土工程勘察设计中的重要强度参数,传统采用的室内直接剪切试验、三轴试验、现场直接剪切试验及十字板剪切试验等方法均存在一定局限性,工程中亟需一种简便、快捷、测试成本低的土体抗剪强度参数测试方法。本文引入原位孔内剪切测试技术,从测试原理、试验设备、测试方法及试验数据处理分析等方面对原位孔内剪切测试技术进行了系统介绍与总结,并通过工程实例予以验证。试验结果表明:原位孔内剪切测试过程中,剪应力随着剪切位移增大不断增加,其增幅在初始阶段较缓,随后增幅扩大,在接近峰值过程中又逐步放缓,总体上呈弱硬化变形特征;个别工况下,呈软化变形特征,但峰值强度和峰后强度相差不大;原位孔内剪切测试所得土体抗剪强度参数通常较室内直剪试验结果小,差值视土体均匀性而定。对于本次试验的黄土状粉土和细砂,土体粘聚力差值小于3.6kPa、内摩擦角差值小于3.4°。原位孔内剪切技术可在工程现场方便、快捷地测试土体抗剪强度参数,具有操作简单、测试效率高、测试结果一致性好,适用于各种土性和地形条件等优点。     

上海地区板式支护体系基坑变形预测简化计算方法

基坑变形预测是分析基坑开挖对环境影响的核心内容之一。收集了上海地区65个常见的板式支护体系基坑工程案例,并对其进行了分类。对不同类型的板式支护体系基坑建立不同的基于土体HS-Small模型的平面应变有限元模型进行分析。根据室内土工试验结果与基于实测数据的参数反演分析,确定了上海软土地区典型土层土体的HS-Small模型计算参数。通过对108个有限元计算结果的分析及归一化,推导了能够综合考虑基坑系统刚度、基坑深度和基坑宽度的上海地区板式支护体系基坑围护结构最大侧移和地表最大沉降的简化计算公式,并且提出了基坑围护结构侧移曲线和地表沉降曲线,同时也给出了上海地区板式支护体系基坑变形的预测流程。采用本文给出的简化方法预测了上海地区的7个工程的变形并与实测结果进行了比较,结果表明该方法能较好地预测上海地区的板式支护体系基坑的变形。     

应用于基坑围护结构变形计算的非线性土体弹簧模型及参数研究

目前基坑计算时,被动区土体采用线弹性弹簧模拟有较大不合理之处。为使基坑变形计算更接近实际监测结果,在计算时被动区应采用反映土体非线性变形特征的弹簧。建立了双曲函数土体弹簧模型,通过现场监测数据反分析了30多个基坑的被动区土体非线性弹簧参数。针对一个典型工程,通过原位测试方法获取了土体的非线性弹簧参数。依据反分析结果,讨论了通过反分析获得参数与通过原位测试获得参数的相关关系。成果对引入非线性弹簧改进基坑算法有借鉴意义。     

珊瑚砂动剪切模量预测的应变-损伤状态耦合模型

对南海饱和珊瑚砂进行了4类不同加载模式的不排水动三轴试验,研究了不同相对密度Dr和平均有效围压σ'0下加载第一周的动剪切模量比G1st/G0与剪应变幅值γa的关系,G1st/G0受Dr的影响很小,随σ'0的增大而增大。由于分级加载过程中土体结构与相对密度发生改变,在γa3×10-4时,应变控制的分级循环加载获得的G1st/G0-γa曲线位于等应变幅值循环加载获得的G1st/G0-γa曲线的上方。结合两类试验结果,给出了饱和珊瑚砂的G1st/G0-γa模型。基于弹性应变能理论,提出了可以描述土体损伤状态的状态参数Pd(damage parameter),探究了不同加载模式下动剪切模量比G/G0随土体损伤状态参数Pd的发展规律。在双对数坐标中,同一应变幅值下的(1-G/G0)-Pd可用直线表示,其斜率与应变幅值γa和历史加载过程中的最大应变幅值γa,max有关。结合G1st/G0-γa和G/G0-Pd关系,给出了可以同时反映应变幅值和破坏状态影响的珊瑚砂动剪切模量预测模型。     

非饱和黄土初始剪切模量与孔径分布试验研究

土的初始剪切模量G_0是地震、爆破响应中一个非常重要的土动力学参数,对预测地表沉降、土工建筑物周围土体变形等具有重要作用。黄土在中国及世界各地分布广泛,且现场常处于非饱和状态。对非饱和黄土的压实试样进行了吸力控制的共振柱试验以及压汞试验,研究非饱和黄土初始剪切模量G_0与孔径分布的关系。试验表明:干湿循环过程中,试样的G_0随吸力的增大而增大,再随吸力的减小而减小。主要原因是试样内孔隙密度最大的孔径大小随吸力的增大而减小,试样内大孔隙减少,小孔隙增多,导致毛细水所占比例增加,土颗粒接触更加紧密。同一吸力作用下,湿润段试样的小孔隙比例比干燥段大,故毛细水作用更显著,从而湿润段试样的G_0大于干燥段。     

上海软土小应变三轴试验及本构模拟

软土地区新建地下工程为了减少对周边的影响,周边土体的变形通常要求控制在小应变范围内(0.001%~0.1%)。近年来随着环境要求的不断提高,软土在小应变范围内的力学特性日益受到关注。目前国内在三轴试验中测量软土小应变力学特性的研究相对较少,也缺乏相应的试验数据。利用安装有LVDT局部位移传感器的三轴仪,对上海(2)~(6)层软土进行了K0固结不排水剪切试验,成功获得了上海软土从0.001%小应变到20%大应变范围内的剪切模量变化规律。通过分别用初始剪切模量和有效平均主应力来对剪切模量进行归一化处理,揭示了上海软土的非线性特征、土体剪切模量的衰减规律等。考虑土体应力状态、孔隙比和超固结比的经验公式能够合理地描述上海软土层初始剪切模量;经典的骨干曲线模型能较好地拟合各土层的剪切模量衰减规律。     

考虑应力路径的软黏土小应变特性试验研究

以苏南地区原状软黏土经K₀固结形成的试样为对象,利用配备了弯曲元系统和局部位移测量系统的GDS应力路径三轴测试系统,研究了小应变范围内应力路径转角θ对剪切模量衰减曲线以及阈值剪应变(γ_0.7)的影响。试验结果表明,土体的初始剪切模量G₀值与初始固结应力大小呈正相关关系,并可表示为与孔隙比e、平均有效应力p′相关的函数关系式。土体的剪切模量在10^-6~10^-3的应变范围内随着剪应变的增加而逐渐衰减,并表现出和试验应力路径与近期应力历史间夹角θ的相关性:应力路径对衰减曲线的影响随着应力路径转角θ的增大逐渐增大,当两者完全相反时,其影响最大。在K₀固结条件下,应力路径转角θ对γ_0.7的影响大于初始固结平均有效应力p′,同时γ_0.7值随着应力路径转角θ的增大而逐渐增大。     

利用弯曲元测量上海原状软黏土各向异性剪切模量的试验研究

在许多发达国家例如英国,土体的小应变特性已被广泛应用于预测地下建筑物施工引起的地表变形。尽管上海的城市地下基础、基坑与隧道开挖日益增多,但是关于上海原状软黏土小应变剪切模量的研究几近空白。利用装有霍尔局部应变传感器与弯曲元测试系统的三轴仪对上海软黏土剪切刚度的固有各向异性进行了研究。在等向应力状态下对方形原状上海软黏土试样进行了两组试验。试验结果表明：较之传统的初达波法和峰-峰法,互相关法一定程度上提高了弯曲元试验中确定剪切波速的客观性。由于土体水平向层理结构与颗粒间胶结作用的影响,上海软黏土呈现出明显的各向异性,实测最大剪切刚度的固有各向异性比（G_0(hh)/G_0(hv)）约为1.21。利用孔隙比函数F(e)=e^-1.3能够很好的描述不同平面内最大剪切模量与土体应力状态的相互关系。     

基于自钻式旁压仪的残积土原位力学特性试验研究

残积土属区域性特殊土,准确获得其力学性质指标是各类工程场地地基处治及承载力评价的必要条件。针对典型花岗岩残积土层,在20 m深度范围内开展自钻式旁压试验,获得表征土体原始水平应力、强度与刚度的相关指标,类比分析深度与水平方向土体力学性质的差异性,并论证了土体刚度在不同应变水平下的衰减规律。结果表明,该场地浅层土体刚强度指标差异性较大,存在明显的风化壳,导致剪切模量及变形参数沿深度呈先减小后增大的趋势;土体割线剪切模量Gs,切线剪切模量Gt随剪应变变化关系具有明显的非线性特性,在小应变范围(γc≤0.3%)内Gs,Gt快速衰减,在γc=2.0%~3.0%时,趋于平稳,采用非线性分析方法得到的模量值较为合理,认为在该类场地工程设计中,剪切模量的选取宜基于自钻式旁压试验结果,根据不同应变水平确定,采用线性割线法得到的剪切模量Gur偏于冒险。同时发现,小应变时剪切模量值相对于土体差异较为敏感,为准确获得土性参数,可适当增加浅层土体测试数量。     

开挖条件下黏土中单桩竖向承载特性模型试验与分析

利用已有的离心机预固结加荷装置,开发了一套可以有效控制超固结比的模型桩竖向加荷系统,进行了开挖条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的室内模型试验。在模型试验用高岭土单元体试验的基础上,考虑开挖引起土体K0系数和不排水抗剪强度变化对桩侧极限摩阻力的影响,提出了开挖卸荷条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的非线性简化计算方法,并通过与模型试验结果进行对比验证了计算方法的正确性,算例分析表明:开挖将会使得竖向桩顶刚度和极限承载力的降低,合理的预测方法应该既要考虑开挖卸荷引起的桩侧土上覆压力的减少,又要考虑桩侧土体K0值和不排水抗剪强度的提高。     

软黏土中某内支撑式深基坑稳定性安全系数分析

软黏土中深基坑稳定性安全系数是基坑设计的重要指标,目前基坑稳定性安全系数评估方法主要有传统经验公式法和有限元强度折减法。针对深厚软黏土中某倒塌内支撑式深基坑,采用传统经验公式法和有限元强度折减法对该基坑稳定性安全系数FS进行了计算分析,比较了不同土体强度指标计算结果的差异,结合其它学者的研究,对各计算方法及其所采用土体强度指标的合理性进行了评价。研究结果表明:无论是应用经验公式法还是有限元强度折减法,采用不排水抗剪强度指标su计算得到的基坑FS均比较接近1.0,而采用土体c,?强度指标得到基坑FS均远大于1.0。应用有限元强度折减法时,数值计算不收敛准则相对交点法得到基坑FS偏大。采用交点法与Terzaghi法得到基坑FS最接近1.0,与基坑处于极限平衡状态事实相符。     

砂土小应变动力特性弯曲–伸缩元联合测试试验研究

近年来弯曲元在小应变动力特性测试中得到了广泛应用,但对弯曲–伸缩元的联合测试研究较少,国内对弯曲–伸缩元联合测试的研究几近空白。采用弯曲–伸缩元对福建砂进行了剪切波和压缩波联合测试,通过更宽区段激发频率和不同分析方法对剪切波速和压缩波速的确定进行了系统分析,得到了可靠的剪切波和压缩波传播时间确定方法。采用10~20 k Hz峰值法和互相关法可较方便准确地确定剪切波传播时间;压缩波初始到达较易判断,激发频率对压缩波速影响较小。利用弯曲–伸缩元联合测试得到剪切模量G_0和侧限模量M_0,试验结果表明围压和孔隙比对G_0的影响程度均较对M_0的影响程度大。通过剪切波速和压缩波速可计算得到泊松比,随密实度和围压的增大泊松比均以线性规律减小。为弯曲–伸缩元的进一步应用提供了有效的方法。