从超孔隙水压力变化评价砂土振冲处理后抗液化效果

一、前 言 振动水冲法作为防止饱和松砂地基地震时液化的有效措施被广泛采用.研究振冲过程中饱和砂土中超孔隙水压力性质有助于揭示砂基振冲加密和防止液化的机理. 关于以振冲器为振源饱和砂土超孔隙水压力的成因和特性已有专文论述.本文以现场超孔隙水压力实测资料为基础,除对超孔隙水压力某些性质作补充说明外,着重讨论饱和松砂振冲加密与超孔隙水压力的关系,振冲加密后超孔隙水压力变化及砂土抗液化效果. 二、振动超孔隙水压力的某些性质     

结构-波浪-海床耦合系统中大圆筒结构的波压力响应

以沉入式大圆筒结构为对象，通过设计随机波浪水槽实验，测取了在单筒和连续筒两种结构型式、两种沉入深度和两种波谱输入下结构表面的动波压力分布。波面高度以及波压力历程均在领域进行分析。通过计算结构表面沿高程和沿环向的波压力谱及波压力传递函数，将单筒实测结果与基于线性绕射理论的解析解进行了比较，同时也详细对比了两种结构型式下的实测结果。文中汇报了在研究中获得的新发现及进行的相应分析，特别是在结构——波浪——海床动力相互作用下对波压力响应机理以及针对连续筒的研究，可为工程应用提供有价值的参考。     

真空预压加固吹填淤泥地基的孔隙水压力特性

现场孔隙水压力的变化过程能反映地基加固过程中有效应力的发展,现场孔隙水压力的监测是真空预压加固软土地基的重要监测内容之一。通过现场孔隙水压力监测资料, 用曼德尔效应解释了真空预压加固吹填淤泥前期出现孔隙水压力增大的现象,分析了真空预压加固吹填淤泥地基出现曼德尔效应的原因,结果表明,在真空预压加固吹填淤泥地基时曼德尔效应的持续时间沿深度逐渐缩短。综合考虑土的固结状态、负压的传递及工程所处环境表明,真空预压加固吹填淤泥时,孔隙水压力的变化受吹填土的欠固结程度、负压的传递和膜上覆水压力等因素综合影响。     

管桩振动沉桩施工对地基软土的影响

饱和软粘土地基沉桩过程中,挤土效应形成的超静孔隙水压力对工程有着重要的影响,介绍了沉桩过程超静孔隙水压力计算方法和消散规律的理论计算方法,并对照中远船务舟山造船基地船台管桩施工中地基软土超静孔隙水压力观测数据进行比较分析,分析结果表明计算结果和实测数据比较吻合;对工程实测孔隙水压力和水平位移观测资料进行分析,研究管桩加固施工过程中对船台软土地基稳定安全的影响。     

动态孔隙水压力的变化规律及其现场测试

本文介绍了多种激振情况下动态孔隙水压力变化规律及现场测试结果,分析了动态孔隙水压力与振动加速度、振源距、激振次数及消散时间的关系,探讨了孔隙水压力增长与消散过程。     

淤泥地基处理中真空度和孔压变化规律研究

淤泥中真空度及孔隙水压力的关系分析对研究真空预压具有重要的意义。根据真空堆载联合预压现场实测资料,分析了淤泥中真空度和超静孔隙水压力的变化规律,并且对二者的相关性作了探究。监测结果表明:淤泥中的真空度存在一个启动过程,随着时间的增加,其值逐渐下降并趋于稳定;在抽真空阶段,孔隙水压力沿深度方向的最大消散值基本上相同,且淤泥中地下水位线以上的超静孔压值与真空度值一致,地下水位线以下的真空度值小于超孔压值,孔压消散主要是由抽真空导致的地下水位下降引起的。     

一个新的内时参量动孔压模型及其适用性研究

基于Ｆｉｎｎ等人提出的内时孔压模型，通过饱和砂土应变控制的振动扭剪试验，研究了孔隙水压力的增长规律，以有效剪剪应变路径长度参数为内时参量，提出了一个饱和砂土振动孔隙水压力的计算模型，通过对已有试验资料的检验表明。新的内时参量对于应变控制的动单剪，动三轴试验以及应力控制振动试验的孔压发展规律都具有很好的归一化性能。     

堤防管涌渗流场响应特征的数值模拟

采用数值模拟方法研究了管涌发生后堤防渗流场响应特征,探究了堤防不同深度和不同水平位置处的孔隙水压力变化规律,分析了管涌位置和管涌通道尺寸对堤防孔隙水压力变化的影响,提出了基于孔隙水压力变化特征快速识别堤防管涌险情的思路,得到了可用于堤防管涌监测的孔隙水压力测量设备合理布设区域。结果表明：管涌发生后,堤防不同位置处的孔隙水压力均出现一定程度的降低,管涌通道底部及其上部1m深度范围内孔隙水压力有较大幅度的降低,可作为监测管涌发生的孔隙水压力测量设备埋设深度范围;管涌发生后,同一水平面上与管涌通道距离相同的位置孔隙水压力变化基本一致;管涌通道与堤脚的距离越远,管涌发生后管涌通道周边位置孔隙水压力降低值和降低率越小;随着管涌通道直径的增大,管涌发生后管涌通道周边位置孔隙水压力降低值和降低率显著增大。     

渗透力作用下黏土的大应变固结理论与试验研究

针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题，对渗透力作用下淤填黏土的固结机理进行了阐述，推导出以超孔隙水压力为控制变量的大应变固结微分方程。在理论模型推导中，考虑了孔隙比与有效应力以及渗透系数与孔隙比之间的非线性关系。通过渗透诱发固结试验确定了微分方程中的待定参数。此类参数为随有效应力和土层深度变化的量，体现了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性及其沿深度变化等因素的综合影响。应用数值方法求解微分方程，得到超孔隙水压力沿深度的分布规律以及固结度的时空变化。对某水库土坝水平铺盖裂缝处淤填黏土固结过程的数值计算结果通过室内模型试验得到了验证。     

地震作用下高心墙堆石坝超孔隙水压力演变分布规律研究

传统经典的振动孔压模型一般根据砂土试验得到,不能直接应用于高心墙堆石坝动力计算中。 根据饱和不排水动三轴试验,提出了一个适用于掺砾黏土、砂砾石等土料的振动孔压模型,并编制了计 算程序应用于某高心墙堆石坝动力计算分析中,计算得到了地震过程中及震后超孔隙水压力演变分布 规律:地震过程中,超孔隙水压力和超孔压比不断增大,且增长的幅度与材料和地震强度密切相关。震 后超孔隙水压值随时间减小,渗透系数越小,超孔隙水压力消散越慢。由于超孔隙水压力在消散中伴随 着扩散现象,导致部分区域孔压先增长后降低,震后４８ｈ超孔隙水压力仍有２５０ｋＰａ。     

Numerical analysis of rapid drawdown:Applications in real cases

In this study, rapid drawdown scenarios were analyzed by means of numerical examples as well as modeling of real cases with in situ measurements. The aim of the study was to evaluate different approaches available for calculating pore water pressure distributions during and after a drawdown. To do that, a single slope subjected to a drawdown was first analyzed under different calculation alternatives, and numerical results were discussed. Simple methods, such as undrained analysis and pure flow analysis, implicitly assuming a rigid soil skeleton, lead to significant errors in pore water pressure distributions when compared with coupled flow-deformation analysis. A similar analysis was performed for the upstream slope of the Glen Shira Dam, Scotland, and numerical results were compared with field measurements during a controlled drawdown. Field records indicate that classical undrained calculations are conservative but unrealistic. Then, a recent case of a major landslide triggered by a rapid drawdown in a reservoir was interpreted. A key aspect of the case was the correct characterization of permeability of a representative soil profile. This was achieved by combining laboratory test results and a back analysis of pore water pressure time records during a period of reservoir water level fluctuations. The results highlight the difficulty of predicting whether the pore water pressure is overestimated or underestimated when using simplified approaches, and it is concluded that predicting the pore water pressure distribution in a slope after a rapid drawdown requires a coupled flow-deformation analysis in saturated and unsaturated porous media.     

基于分形理论的饱和土孔隙水压力计算模型

孔隙水压力是一种作用于土体孔隙间的应力,其定量分析对于探究土体的抗剪强度等力学性能有着至关重要的作用。传统的孔隙水压力计算方法忽略土体内部孔隙中流体流动及流量变化对孔隙水压力的影响,导致计算结果偏小。为修正此计算误差,基于孔隙数目-尺寸分形模型,推导出土颗粒材料孔隙度与分形维数之间的演化公式,并结合孔隙水流动方程及压力方程推导出饱和土孔隙水压力与分形维数、孔隙水压缩模量及孔隙间流量变化之间的函数关系。并使用此孔隙水压力计算公式对饱和黏土边坡进行数值分析验证公式准确性及实用性。所得公式可用于饱和土体的有效应力及抗剪强度计算修正,并可应用于饱和土体宏观-微观的多尺度液相-固相耦合渗流分析。     

ANALYTICAL SOLUTION OF WAVE-INDUCED SEEPAGE PRESSURE ACTING ON THE BASE OF BREAKWATER

The wave loads acting on a breakwater resting on seabed include not only the waveforce from the wave field around the structure but also the wave-induced seepage pressure actingon the base of breakwater.The latter is also a circumstance load which can not be neglected inengineering design.This paper presents a closed-form analytical solution of wave-induced seep-age pressure acting on the base of breakwater resting on an infinite-depth porous elastic seabed.Based on the Biot's consolidation theory,the soil deformation and the compressibility of pore wa-ter are considered.The water wave pressure on sea bottom is determined by the linear waterwave theory.The numerical results of uplifting force and moment caused by the wave-inducedseepage pressure are given and the influences of soil deformation and pore water compressibilityon the calculation results are discussed.     

液化场地堤坝地震响应动态土工离心试验及模拟

基于动态土工离心机试验和多重剪切机构模型的有效应力分析方法,研究了不同地震强度下,液化场地堤坝的地震响应和大变形特征。动态土工离心机试验的液化场地模型,由相对密度为30%的饱和砂土构成,输入正弦波峰值分别为0.8056、1.7903和3.133m/s2。并采用有效应力分析有限元程序对堤坝的动点响应进行数值模拟,计算结果与模型试验结果相吻合。在此基础上研究了堤坝的加速度、变形以及下卧液化场地中的超孔隙水压力分布规律,分析了液化场地不同位置土层中的有效应力路径变化规律。研究得出,液化场地堤坝顶和坝趾在地震作用下会发生较大的沉降和侧向扩展,且随地震强度加大而增大。堤坝下卧浅层液化土的超孔隙应力比相对较小但其体积变形较大,坝顶的残余沉降可达1.4m,地震中堤坝底部土体同自由场地土体的有效应力路径和应力-应变特征不同。土工离心机试验结果同数值解析结果基本吻合。     

Monopile responses to monotonic and cyclic loading in undrained sand using 3D FE with SANISAND-MSu

Monopile response under undrained conditions in sand is gaining increasing interests owing to the recent development of offshore wind farms in seismic regions. Pore pressure evolution in liquefiable soil can significantly reduce the strength and stiffness of the soil which in turn affects the structural dynamic response. Several numerical models have been developed in the last two decades to enhance understanding of the mechanism of monopile–soil interaction with the existence of pore water pressure. In this study, the effects of geometry and static vertical load on monopile lateral response were studied using three-dimensional finite element methods that consider the existence of lateral cyclic load-induced pore water pressure. To achieve reliable simulation results of pore pressure development and pile displacement accumulation during cyclic loading, the simple anisotropic sand model with memory surface for undrained cyclic behavior of sand was adopted. For piles with the same diameter, a accumulated pile head displacement during lateral cyclic loading decreased linearly with increasing pile embedded length but increased with increasing eccentricity. Static vertical load had minor effects on pile cyclic lateral response. The distributions of mean effective stress and pore water pressure in the soil domain were presented. The pile reaction curve (cyclic soil reaction against pile defection) of the monopile was extracted. The numerical results aim to provide reference for optimized engineering design procedures.     

负孔压消散对坑底的回弹影响研究

在软土地区开挖基坑时将在坑底和周围土体中产生负的超静孔压.研究了基坑开挖卸载情况下坑底和周围土体中负超静孔压的消散规律,并利用固结理论和有效应力原理推导了由于开挖引起的超静孔压计算公式和坑底回弹变形计算公式.通过算例讨论了坑底土体的渗透系数和刚度变化对坑底回弹变形的影响.研究表明,随着负孔压的消散,坑底土体中的有效应力逐渐降低,并进而引起坑底土体的膨胀隆起.     

水下盾构隧道地震液化数值分析

砂土地震液化会造成地基失效和结构受损,因此场地液化判别至关重要。国内外规范中的液化判别方法简单实用,但均存在局限性。为更准确、全面地进行场地液化判别,利用三维有限差分程序FLAC^3D,结合孟加拉卡纳普里河底盾构隧道项目,对典型钻孔位置土层的抗震液化特性进行数值分析。利用FLAC^3D中的FINN模块建立土层三维模型,在重力平衡和水压力平衡后施加合理的地震波,进行动力计算,计算模型每个单元在计算过程中的最大超孔压比,若最大超孔压比=1,则该位置土体发生液化;若最大超孔压比<1,则该位置土体不会液化。计算后,部分土体的最大超孔压比=1,其他范围土体的最大超孔压比均<1。研究表明该地区土层会发生地震液化,且不同位置处液化深度不同、液化范围也不同,该数值分析液化判别结果与规范法判别结果一致。     

降雨入渗过程的水-气二相流模型研究

本文根据多孔介质中水、气的质量守恒定律，结合多相流理论，建立了求解饱和-非饱和渗流的水-气二相流数学模型，并采用积分形式的有限差分法和NewtonRaphson迭代方法进行数值求解，提出了各种边界条件，包括水相、气相和降雨入渗边界的数学处理方法。利用上述模型对土柱试验进行模拟，将计算结果与试验数据比较，验证了模型的正确性；然后对土质边坡降雨入渗过程进行计算，得到孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力的变化过程，其变化规律符合实际，实现了降雨入渗的水-气二相渗流过程，为定量研究空气阻力对入渗水流的影响提供有效途径。     

波浪加速度不对称性对海床液化的影响

为研究加速度不对称波浪作用下的海床响应特征,基于Biot多孔弹性介质理论建立了波浪作用下海床响应数学模型,采用水槽实验数据对模型进行了验证。通过引入加速度不对称波浪压力边界条件的计算方法,模拟分析了波浪加速度不对称性对海床内部孔隙水压力、有效应力以及土体液化的影响。结果表明,波浪加速度不对称性会引起海床表层正向孔压幅值的显著衰减,使孔压的空间分布变得偏斜,减小了液化深度和宽度,使海床液化区域变得窄而浅。     

饱和砂土地基中地下管线的振动台试验数值模拟分析

本文采用有效应力有限元方法对饱和砂土地基中的地下管线振动台模型试验进行了数值模拟，该方法以广义Biot固结原理为基础，采用了双曲线的应力应变关系和Seed提出的孔压模型，通过将预测的超孔隙水压力、排水措施的抗上浮效果与试验结果进行比较，结果表明，有效应力分析方法可以较好地模拟管线周围地基中超孔隙水压力增长和消散过程、评价管线的抗上浮能力，采用排水措施可提高管线的抗上浮安全系数。