任意施工荷载作用下天然结构性软粘土的一维非线性固结分析

考虑固结过程中结构性土体的非线性压缩特性、渗透系数的变化以及施工荷载随时间任意变化规律因素,推导了天然结构性土体的一维非线性固结方程。利用Crank-Nicolson差分格式离散非线性固结方程以方便求解。分析表明:不考虑土体结构效应的非线性固结和线性固结分析所得的超孔压明显大于考虑土体结构效应的非线性固结结果;当时间因数较小时,考虑土体结构性的非线性固结分析的固结度明显大于不考虑土体结构性的非线性固结分析和线性固结结果;同时表明不考虑土体结构效应的非线性固结和线性固结分析的结果相差不大。     

MMF曲线拟合模型在固结系数计算中的应用

通过用MMF曲线拟合模型对地基土体固结过程中土体固结沉降量与固结时间之间的关系进行拟合,得到了各时刻比较准确的固结沉降速率,进而利用上述线性关系计算了土体的固结系数,并与文献计算结果进行了对比,结果表明：采用本文方法计算固结沉降速率,可使得最终得到的固结系数准确度大大提高。     

连续排水边界条件下土体一维非线性固结解析解

基于Davis和Raymond土体一维非线性固结的假设,通过引入连续排水边界条件研究瞬时荷载下的土体一维非线性固结问题。利用变量代换、分离变量法及Laplace变换得到连续排水边界下土体一维非线性固结问题的解析解,通过退化为Davis双面排水解答初步验证本文解析解的正确性。基于所得解析解,对不同界面参数以及非线性参数对土体固结特性的影响进行分析。结果表明:基于连续排水边界条件的土体一维非线性固结理论的边界条件能严格满足其初始条件,并且其退化结果表明固结方程是适定的,且所得解是连续的。连续排水边界条件下按沉降定义的平均固结度Us随非线性参数Nσ值的增大而增大,而按孔压定义的平均固结度Up随Nσ值的增大而减小。对比土层界面参数对土体固结的影响与非线性参数Nσ对土体固结的影响可知,土层界面参数对土体固结的影响更大。     

地基基础设计要考虑地基土体的先期固结压力

首先介绍了土体的先前固结压力及土体对应的分类,并以此分类着重分析了在进行地基基础设计时为何要考虑地基土体的先前固结压力,最后阐述了几种先期固结压力的推求方法及考虑先前固结压力沉降的计算方法。     

深基坑降水过程中土体c、ψ值的动态变化

深基坑降水,会增加土体的有效应力并使土体渗流固结.运用太沙基渗流固结原理,可以求得基坑降水后土体固结度Ut.通过土工试验过程的分析,推求得到了降水后基坑土体为任意固结度Ut时的c、ψ值计算公式.结合工程算例,分析了深基坑降水过程中其土体c、ψ值的动态变化特征.     

深基坑降水过程中土体c、φ值的动态变化

深基坑降水,会增加土体的有效应力并使土体渗流固结。运用太沙基渗流固结原理,可以求得基坑降水后土体固结度Ut。通过土工试验过程的分析,推求得到了降水后基坑土体为任意固结度Ut时的c、φ值计算公式。结合工程算例,分析了深基坑降水过程中其土体c、φ值的动态变化特征。     

考虑两种不同性质超固结的土体本构模型

结构对土体的变形特性有强烈影响,土体本构模型应该反映土体的结构性。通过调研分析将土体变形表现出的超固结划分为结构超固结与应力超固结这2种不同性质的超固结,从而使结构超固结与应力超固结统一起来。土体结构超固结采用结构超固结参数来表示。模型对修正剑桥模型进行扩展,模型的屈服面形状与修正剑桥模型一致,而屈服面的大小由结构超固结和应力超固结ps之和决定,而屈服面的变化由体积硬化与结构损伤共同来描述,模型采用相关联流动法则;从而提出了一个可考虑结构性的粘土本构模型。模型概念明确,参数简单并有物理意义。初步验证表明,模型可以较好的反映结构性土体的变形特性。     

珠海软土次固结特性试验研究

对广东珠海某大桥地基软土进行一系列一维次固结试验,通过分析土体在不同含水率及加卸载条件下次固结系数的变化规律,研究了珠海地基软土的次固结特性。结果表明:软土在次固结过程中,随着固结围压的增大,次固结系数逐渐增大;软土次固结过程受土体含水率的影响;卸载再加载后土体次固结系数呈减小趋势。试验及分析结果对工程实际具有一定的指导意义。     

一维固结理论中固结系数的试验分析

利用长安大学改装的K0固结仪,对原状土样与重塑土样进行了固结渗透试验,根据试验所得到的数据,分别对2种土体的变形与渗透特性进行了分析,并结合太沙基一维固结理论,得到了固结系数的确定方法;在此基础上,对固结系数的变化进行了非线性分析,揭示了固结系数在固结过程中的变化规律及土体结构性对它的影响,这对准确计算地基土体的固结沉降有指导作用.     

浅析土体的单向固结试验及影响固结试验的因素

本文阐述了单向固结的定义和原理,对单向固结的两种试验方法进行了分析比较,对可能对土体固结产生影响的各种因素进行了分析讨论,以保证土体样品固结试验的顺利实施和结果的科学准确。经研究分析土体的单向固结试验对于地质研究和建筑具体应用都有着十分重要的意义。     

利用煤灰进行土质改良的可行性研究

论述了煤灰作为土质改良材料的可行性。围绕软弱土经改良后的压缩性和剪切强度的变化,采用不同混合比的土样品进行了一系列的压缩试验和三轴剪切试验。试验结果表明,随着灰土比例的增加,样品的最大干燥密度芽剪切强度增加,固结系数及次固结系数减小。     

珠江三角洲软土工程特性的微观机理探索

通过对珠三角典型软土样固结过程的微观结构观测、压汞分析和矿物成分分析,定量研究不同固结荷载下软土的微孔隙形态、尺度分布、颗粒定向性等微观参数随荷载的变化规律。研究表明,固结压力将显著改变软土的孔隙尺度分布、颗粒的定向性,以致改变土体的压缩性和渗透性。固结前期孔隙尺度较大,颗粒排列较紊乱,压缩系数和渗透系数较大并随固结压...     

刚性桩复合地基渗流固结性能分析

基于饱和砂井渗流固结理论,推导了综合考虑褥垫层、桩、土模量的刚性桩复合地基渗流固结解析解。在ABAQUS中使用Modified Cam-clay模型和孔压单元模拟桩间土体,建立单桩复合地基有限元分析模型。计算结果与某高层结构刚性桩复合地基静载试验吻合较好,验证分析模型的有效性。使用该分析模型,研究褥垫层厚度、模量,桩长对刚性桩复合地基受力及固结变形的影响。结果表明：刚性桩复合地基固结速度远大于天然地基,固结速度随褥垫层模量增大而增大,随井径比减小而增大;结构施工过程中,地基固结沉降已基本完成;褥垫层模量的增大可减小刚性桩复合地基固结沉降,但褥垫层厚度及排水土层厚度的增加都会加大固结沉降。     

Analysis of microstructure and spatially dependent permeability of soft soil during consolidation deformation

The fundamental understanding of the consolidation and deformation behaviour of soft soil is of critical importance in engineering geology. The purpose of this study is to develop a nonlinear consolidation model for investigating the deformation behaviour of the montmorillonite soft soil under different engineering loading conditions and the effectiveness of various drainage plate configurations for soil enhancement. The model considers the change of soil microstructure and spatially dependent permeability during the consolidation process. The model predictions were also validated by using collected engineering geology field-testing data and developing advanced imaging processing techniques. The results show that model predictions can reproduce the experimentally observed deformation behaviour of soft soil reasonably well. In addition, the permeability of the soft soil decreases with the decrease of the volume and diameter of pores with the discharge of water from pores during the consolidation process, and there is a negative exponential relationship between pore ratio and depth of the soft soil. Furthermore, it indicates that the vacuum drainage preloading could effectively accelerate the consolidation settlement of the soft soil through playing the role of vertical drainage and reducing the distance of the soil drainage, whereas the increase of the length of the drainage plate has no obvious effect on the settlement of the soil.     

Improvement of ultra-soft soil using prefabricated vertical drains

A case study of using prefabricated vertical drains (PVDs) to accelerate the consolidation of an ultra-soft fine-grained soil with high moisture content for a land reclamation project is described in this paper. Large-scale laboratory model tests were carried out to assess the suitability of the selected PVD and the effectiveness of the PVD in the consolidation of the ultra-soft soil. The model tests indicate that the discharge capacity of the drain can decrease substantially after the drain has experienced large deformations. To overcome this problem, PVDs were installed in two rounds. The first round was before the application of surcharge, and the second round was after substantial settlements have taken place. Field instrumentations were utilized to monitor the performance of PVDs during consolidation. The monitored settlement and pore water pressure results are presented and discussed. The study shows that it is effective to use PVD for the consolidation of the ultra-soft soil if special care has been taken in selection and installation of PVD and in fill placement to overcome the difficulties involved in the consolidation of ultra-soft soil.     

长江口软土的次固结特性试验研究及应用

对长江口淤泥质软土进行一系列固结实验,研究了荷载、超固结比、土性指标等对软土次固结系数的影响,得出了该区域软土的次固结特性及不同土层的次固结系数。试验结果表明:次固结系数与荷载有关,且随着荷载的增大先增大后减小,最后趋于平稳;次固结系数与最大固结压力有关,且随着超固结比的增大而减小;次固结系数与压缩指数的比值近似为常数0.031;次固结系数与初始孔隙比及初始含水率呈线性关系。提出了一种考虑主次固结同时发生的沉降计算方法,并通过所得次固结系数对横沙围堤进行了沉降预测,与现场监测吻合较好。所提出的计算方法更符合工程实际需要,具有很好的实用价值。试验所得的相关参数及结论对研究长江口软土特性及后期工程的沉降预测具有一定参考意义。     

相对厚度变化下双层软黏土地基固结特性研究

采用改装的固结仪,针对吹填场区特有的双层软黏土地基,开展了固结特性试验研究,探讨了土层相对厚度变化对地基变形特性的影响规律。试验结果表明:单层软黏土的变形随试样厚度的增加而增大,双层软黏土的变形与试样厚度比呈明显的正相关关系;上层土厚度为2 cm的双层试样与高度为2 cm的单层试样,前者的稳定沉降大于后者,荷载等级较大时,双层试样的沉降曲线分离程度明显大于单层试样;随着厚度比的增大,厚度比变化对双层地基土体变形的影响逐渐减小;压缩指数随单层软黏土厚度的增大而增大,增大幅度不明显;相对于下层试样,上层试样对双层试样的沉降变形影响更大;随着上层压缩性大的土层厚度的增加,双层地基变形增大、固结速率减小。受土体结构性随固结应力变化的影响,不同厚度及厚度比试样,其沉降曲线随固结压力的增大呈“S”型变化。     

排水条件对不同固结度软黏土动力特性影响试验研究

地铁隧道下卧土层由于施工扰动通常存在不同固结度,列车荷载下土体应变规律也有所差异,进而产生不均匀沉降。通过室内动三轴试验系统对杭州饱和软黏土进行动力测试,研究了排水条件、固结度、振动次数对软黏土动孔压和应变的影响,在试验和现有研究成果的基础上建立了考虑初始固结度、振动次数、排水条件的应变软化模型。结果表明:固结度愈高的土体,孔压发展愈缓慢,并且随振动次数增加,在较低的孔压水平就可达到稳定,排水条件下的孔压发展规律可由不排水试验获取。土体应变随循环次数的增加而增加,随固结度的增加而降低;提出的应变模型考虑了荷载循环过程中土体的排水,可以较好地模拟不同固结度下饱和软黏土的应变发展规律。     

变荷载下双曲线模型修正土体一维固结理论

 假定土体本构关系满足双曲线模型，把利用该模型得出的孔隙比e和有效应力s ¢的双曲线关系应用到一维单层均质地基固结理论的研究中，通过假定土体的初始有效应力沿深度均匀分布和渗透系数的降低与压缩系数的减小成正比，推导出任意荷载作用下一维非线性固结理论的方程。对于所得到的非线性偏微分方程，通过x-s ¢代换化成线性偏微分方程，并按照具体的初始和边界条件采用分离变量法求出土体有效应力s ¢和超静孔隙水压力u的解，由此分别推导出按沉降定义的平均固结度Us和按平均孔隙水压力定义的平均固结度Up的表达式。采用MATLAB语言编制相应的计算程序，结合具体算例与已有的修正非线性固结理论解的结果进行对比来论证本修正的正确性。计算结果表明：固结度随着时间的增长而增长，其增长速率逐渐减小；Us值稍大于Up值；2种修正的计算结果中存在微小的差异，其原因是在推导固结方程时采用了不同的本构模型以及不同的对渗透系数变化规律的假定。     

软土真空预压处理有效性的宏微观分析

 地基处理前分析软土宏微观性质对预测真空预压法处理的有效性具有重要意义。通过室内宏微观试验,对珠海金湾地区软土矿物成分、比表面积,以及固结前后的微观结构、孔隙特征等进行分析和研究,得出土体结合水量、强度指标等影响真空预压法处理效果的关键因素。研究结果表明,珠海金湾软土黏土矿物成分含量不高,且黏胶粒占50%,比表面积较黏土矿物小;颗粒呈曲片絮凝状叠聚体,固结变形后出现团聚现象,孔隙压密,无颗粒破碎形状变化;微孔隙尺寸分布主要为400 nm＜r＜2 500 nm,固结后试样的累积进汞量大幅减小,且大孔隙变成小孔隙。说明土体的结合水量不高,含较多的自由水,且内摩擦角变化不大,而黏聚力有较大的增长,真空预压法处理效果明显。