双控动力固结法加固软粘土地基的应用研究

饱和软粘土含水率大、渗透性差,强夯处理时,超孔隙水压力不易消散,常规的排水措施效果不佳,而电渗降水已经被证明是一种有效的软粘土排水措施。本文提出了将电渗降水和强夯法相结合的地基处理方法——双控动力固结法,进行了双控动力固结法的处理试验,并与不降水强夯法和井点降水强夯法进行对比分析。结果表明,电渗法可迅速降低地下水位和地基土含水量,有效避免“弹簧土”的产生,提高单点夯最佳夯击能;可有效抑制夯后超孔隙水压力的急剧上升,并促进超孔隙水压力快速消散;在降水速度和土性改良方面,电渗降水优于井点降水。因此,应用双控动力固结法处理软粘土,有着很显著的加固效果。     

强夯法加固夹砂粘土吹填场地的现场试验研究

江苏省连云港赣榆港区陆域采用航道和港池的疏浚土方吹填形成作业港区,吹填工艺以绞吸式疏浚为主,疏浚涉及土层为粘土和砂土,由此形成了粘土和砂土的混合土地基。为了提高地基承载力和均匀性,采用了强夯法对地基进行加固,但是目前对夹砂粘土地基强夯加固的理论和实践较少。为此,以砂夹粘土构成的混合土地基为对象,测试了多种能量单点夯击时的地基土夯沉量、孔压和夯坑周围土体强度等参数,探讨了强夯法加固该类地基的加固深度和水平影响范围。结果表明：对于该类地基而言,有效加固深度修正系数取0.35~0.5为宜;强夯过程中,孔压与强度的增长范围不对应,即孔压影响范围远大于强度影响范围。     

大厚度黄土地区单击夯击能影响强夯加固效果的试验研究

针对黄土丘陵地区高填方下大厚度黄土地基强夯加固参数及效果开展了系列试验研究,分析了强夯前、后各试验区平均夯沉量和土体主要物理力学指标的变化规律,并给出6 000、8 000、10 000、12 000 kN·m能级条件下强夯加固的夯点中心距、击数、有效加固深度等主要参数,在此基础上确定了强夯有效加固深度的估算方法。试验结果表明,加固后黄土的孔隙比、干密度和湿陷系数可作为强夯加固效果的评价指标;强夯处理后地基土的物理力学指标在满足设计要求时其下限深度即为有效处理深度;在湿陷性大厚度黄土地区,以夯点土和夯间土湿陷性均消除的地基土下限深度可作为有效处理深度。     

套管排水桩处理可液化地基的数值分析

新型套管排水桩技术的原理是将排水盲沟与桩结合起来,排水盲沟提供了桩周的排水通道,在地震发生时,可以有效降低桩周土体产生的超孔隙水压力,达到抗液化的目的。开展了套管桩与不设置排水盲沟的普通桩的静动力数值模拟,结果表明:套管桩的复合地基承载力与等直径普通桩的承载力接近,排水盲沟的设置没有减弱桩的承载能力,在地震作用下,套管桩的排水盲沟可以有效降低桩周产生的超孔隙水压力,提高桩周土体的有效应力,达到地基抗液化的目的。     

土工格栅加筋粉煤灰改良黄土力学特性研究

随着西部黄土地区城镇化进程的加快,填挖结合的新增用地方式要求地基处理技术需要重点解决填方区的强度与变形问题。论文将粉煤灰作为改性填料对黄土进行改良,通过直剪试验、三轴试验、湿陷试验与扫描电镜试验,分析不同粉煤灰掺入比条件下加筋与未加筋黄土试样的强度变化规律、宏观破坏特征和微结构特征。结果表明:采用粉煤灰改良和土工格栅加筋后,黄土的最优含水率增大,最大干密度降低。当粉煤灰掺入比λ=20%时,加筋改良效果最好,黄土的峰值强度、残余强度和等效内摩擦角均有大幅提高,侧向变形显著减小,且能有效降低其湿陷性。微结构分析表明:粉煤灰对黄土的改良主要体现在颗粒直接填充和化学结晶体交织成的网状填充两种类型的强化作用,改良后黄土的孔隙率与孔隙尺寸均有所下降。研究结果可为黄土地区填方边坡与填方路基的改良加固提供参考。     

打桩对桩周土体阻尼系数的影响

目前大直径超长桩的可打入性分析的准确性是打桩施工顺利进行的重要保障,打桩过程中土阻力预测是其中的关键一环。近几年高应变动测技术迅速发展,凭借其突出优势成为动力沉桩分析的新方法。结合高应变动测试验采用CAPWAP软件对打桩过程中土阻力进行分析,被广泛应用于海洋桩基监测和承载力评估中。CAPWAP程序中涉及的土阻尼系数Js和Jt对承载力计算影响非常大,是非常重要的参数,阻尼系数的取值直接影响承载力计算的准确性。为得到更准确的阻尼系数,对东海某工程2根桩进行全程高应变动测试验,并利用CAPWAP软件对其中一根桩的实验结果进行分析,对桩周土体阻尼系数做了研究,认为同打桩过程中的桩侧阻尼系数并非一成不变的,而是随着打桩的进行存在减小的趋势。     

遥感GPS倾斜路径信号构筑水汽时空分布图

一般情况下, 一台GPS接收机可接收5~7颗GPS卫星的信号, 通过倾斜路径水汽测量的技术, 可以反演这些不同路径方向的水汽总量SWV(slant-path water vapor). 由SWV可以推导出两个新参数: 绝对VSWV(vertical SWV)和相对VSWV(vertical SWV), 利用它们的时空分布图可反映水汽非均匀分布及其变化情况. 上述方法被应用于2004年7月北京地区的天气分析中, 结果表明绝对VSWV时空分布图和相对VSWV时空分布图有助于监测水汽的演变过程和加深对降水过程的了解.     

不同场地条件下非规则截面地铁地下车站结构地震反应特性研究

我国大型城市轨道交通地下结构建设处于蓬勃发展时期,建设场地条件日趋复杂,车站结构形式也复杂多样,呈现不规则特征。近年的地震灾害现象表明,地下结构在强地震作用下可能会出现严重的震害及次生灾害,城市大型地下结构工程的抗震安全性已成为倍受关注的社会问题之一。因此,研究不良地质条件下不规则地下结构的地震安全性具有重要的学术意义与工程应用价值。本文以苏州星海站的不规则(上层五跨下层三跨)地铁地下车站结构和场地条件为原型,分别采用模拟地震振动台试验和数值模拟方法开展研究,探讨饱和砂土地基和软弱粘土地基中非规则截面地铁地下车站结构的地震反应特性及损伤机理。为满足振动台试验中多种类型物理量的有效测试,采用了分布式柔性孔压传感链测试技术,阵列式位移计(SAA)测试技术,并基于机器视觉研发的非接触性动态位移测试技术实现地下结构灾变过程的可视化及数据化。论文的主要工作和成果如下:(1)将阵列式位移计(SAA)首次应用于地基土-地铁车站结构大型振动台系列模型试验中,实现土体变形的测量,并与基于机器视觉研发的非接触性动态位移测试结果相比较,表明采用SAA可较好地测试地震荷载作用下土体的位移响应;研发了分布式柔性孔压传感链测试技术,可以有效解决振动过程中传感器与土体惯性力不同而产生的自身摇摆、移位等问题。形成了地基土-地铁地下结构体系地震损伤与破坏时空演化过程的大型振动台试验可视化及数据化试验技术,可展现非规则截面地下结构的变形模式。(2)将研发的测试技术应用于大型振动台模型试验,开展了可液化地基和软弱粘土地基中非规则截面(上层五跨下层三跨)地铁地下车站结构的地震反应特性研究,给出了模型地基-结构体系加速度、变形、震陷特性,模型地基土与结构接触动土压力反应,模型结构动应变特性以及可液化地基土孔压反应及空间效应等,揭示了不良工程地质条件下地铁车站结构地震灾变特性和破坏机理。(3)对完成的不同场地条件下地铁地下车站结构的振动台系列试验结果进行对比分析,包括地铁车站模型结构周围地基土的加速度反应规律、地表震陷特征,模型地基土与结构接触动土压力反应特性,非规则截面地铁车站模型结构的加速度、侧向位移和动应变的反应规律等,得出了不同场地中非规则截面地铁地下结构地震反应特性的差异性。(4)基于有限元软件ABAQUS计算平台,形成了地基土-地下结构体系成套数值分析流程,开展了软弱场地中非规则截面地铁地下车站结构振动台试验的数值模拟,并与振动台模型试验结果进行了比较,验证了该数值分析方法的可行性和有效性。在此基础上,对复杂环境下足尺非规则截面地铁地下车站结构进行了数值模拟计算,给出了其地震反应特性。     

基于LiDAR数据开展活动断层填图的实验研究——以新疆独山子背斜-逆冲断裂带为例

机载LiDAR技术为描绘活动构造相关构造地貌和最新的地表形变提供更精确的基础数据。如何将LiDAR新技术、新数据应用于活动构造填图和活动断层地震危险性评价等方面,是今后活动构造研究领域的一个重要的发展方向。文中以新疆天山北麓的独山子背斜-逆冲断裂带为试验区,开展了基于LiDAR数据的活动构造填图实验研究。首先,采用机载LiDAR技术进行数据采集,获得点云密度为6.6个/m2、平均点间距为0.39m的LiDAR原始数据;其次,利用试验区内12个测量精度可达mm级的GPS静态测量点评估LiDAR的相对垂直精度为0.12m、均方差值为0.078m;最后,对密度为6.4个/m2的地面点云数据进行DEM最佳分辨率评估,利用反距离权重算法获得0.5m分辨率的数据高程模型(DEM)。该分辨率的DEM数据足以完成独山子背斜-逆冲断裂带的精细构造地貌特征的确定以及高精度的空间解译。文中仅使用DEM可视化工具从不同虚拟的视角、不同色度或其他处理方式来识别微构造地貌、划分地貌面和确定断层位置等,宏观上获得与前人通过航片解译和野外调查一致的断裂分布特征,微观上较前者具有更高的精细程度。此外,数据采集、数据质量检验、数据处理及数据应用等技术和方法适用于其他能够获得LiDAR地形数据的活动断裂研究工作。     

渗透固结方法分类的探讨

在分析饱和软土地基不同排水固结处理方法的基础上,将饱和软土渗透固结按其作用机理的不同区分为压缩型固结和渗透力型固结;渗透力型固结又分为减压型和加压型两种形式,将真空预压归类于减压型渗透力固结。提出了超稳定渗流孔隙水压力的概念,得出了渗透力型固结的过程就是超稳定渗流孔隙水压力逐渐转化为有效应力的过程的结论;建立了渗透力型固结沉降计算的简化方法。并对渗透固结处理软土地基的若干问题进行了分析和讨论。     

考虑碎石桩排水能力复合地基中孔压长消解析解

由于地震作用时间较短,且碎石桩渗透能力和土体渗透能力相比并不是无限大,因此本文考虑碎石桩排水能力研究了碎石桩桩体材料由地震引起的孔压的长消规律。根据比奥固结理论综合考虑碎石桩的排水能力和相应的初始条件及边界条件,推导出了能够真实反映碎石桩排水减压作用在地震期超孔隙水压力产生、扩散、消散过程中的贡献作用的一般解析解公式。同时讨论了碎石桩渗透能力的不同对抗震液化的影响作用。     

变动水压荷载对真空预压加固效果的影响

目前成功实施的几项潮差带地区真空预压工程未考虑膜上变动水压荷载的影响,单纯将膜下真空压力作为预压荷载,这明显偏于保守。根据具体工程的加固效果,分析膜上变动水压荷载对真空预压加固效果的影响,并给出在潮差带地区进行真空预压设计时预压荷载的取值方法,研究结果可供类似工程参考。     

主应力轴持续旋转条件下饱和松砂的振动孔隙水压力特性

利用新研制的“土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪”,针对福建标准松砂,在三向非均等固结条件下,进行了能够模拟海洋波浪荷载作用下主应力轴连续旋转的循环耦合剪切试验。通过试验着重探讨了初始主应力方向、振动过程中主应力方向连续变化对不排水条件下砂土的振动孔隙水压力增长特性的影响。实验研究表明:在振动过程中主应力轴连续旋转的条件下,初始主应力方向对砂土的动孔压比与振次比之间关系具有显著的影响,随着初始大主应力与竖向之间夹角的增大,动孔压比的增长速度明显加快,具有较好的规律性;归一化孔压比与广义剪应变之间的关系基本上与初始主应力方向角和振动剪应力幅值无关。     

联合预压作用下软土固结微观特征试验研究

开展了室内模拟真空、堆载以及真空—堆载联合预压作用下软土的三轴固结试验;拍摄了试样在三轴试验前后的SEM电镜扫描照片;从宏观工程性质和微观结构变化及二者结合的角度研究了在三种预压方式下土体加固效果的不同和机理的差异。结果表明:土体的微观结构在预压荷载加固后发生了显著的变化,微观结构参数的变化与各自加载的方式相符,并与宏观物性参数的变化密切相关;宏观物性指标和微观结构参数的变化都表明,联合预压的效果最好,真空预压次之,最小的是堆载预压。试验说明土体的宏观工程性状在本质上决定于微观结构。     

波浪作用下成层海床孔隙水压力响应的简化分析

采用不排水条件下孔隙水压力发展模式,作为Terzagh i一维固结方程中考虑波浪循环作用所引起的孔隙水压力源项,对于成层海床建立了推广的一维动力固结方程,运用数理方程中的分离变量法与G reen函数求解了成层海床在波浪作用下残余孔隙水压力的发展规律,进而对成层海床的液化势进行了评判。对比计算与分析表明,海床表层土的渗透性及其厚度对于海床的整体抗液化性能具有显著的影响,低渗透性的表层导致海床孔隙水压力的显著积累,此时表层置换法是防治液化的有效途径。     

Centrifuge model tests on liquefaction-induced settlement and pore water migration in non-homogeneous soil deposits

This paper presents the results of dynamic centrifuge model tests conducted to investigate the liquefaction mechanism in non-homogeneous soil deposits. Four types of model tests were conducted: one model test involved a uniform soil deposit; one involved continuous layered soil deposit; and two involved discontinuous layered soil deposits. Non-homogeneity in the tests was incorporated by including periodically distributed discontinuous silty sand patches. It was found that more excess pore water pressure (EPWP) remains for a longer period of time in the discontinuous region in non-homogeneous soil deposits compared with the continuous layered and uniform soil deposits. The generation of pore water pressure ceases the supply of a new mass of water after seismic excitation; therefore the dissipation of EPWP becomes the dominant factor for settlement after seismic excitation. The rapid dissipation of EPWP through the discontinuous part in the non-homogeneous soil deposits manifests as a larger settlement in the discontinuous part, causing non-uniform settlements.     

Dewatering and extensional deformation of the Shikoku Basin hemipelagic sediments in the Nankai Trough

The Shikoku Basin hemipelagic sequence, which underlies the Nankai Trough wedge, S.W. Japan, thins by 50% between the outer edge of the trench wedge and DSDP Site 582, 14 km arcward. A sedimentation model, which incorporates changes in sedimentation rates with time and with distance from the trench wedge toe, indicates that 57% of the total thinning occurs as a result of temporally varying sedimentation rates and a time transgressive facies boundary between the trench wedge turbidites and the underlying hemipelagites. Burial-induced consolidation beneath the wedgeshaped turbiditic overburden, accounts for the remaining 43% of arcward thinning within the hemipelagic unit. Rapid dewatering, modeled as one-dimensional consolidation suggests that the excess pore water pressures are quite low during this progressive dewatering. Thus, high pore water pressures should not be assumed to occur universally in convergent margin settings. Normal faults and vein structures in the hemipelagites suggest near-horizontal extension in addition to vertical consolidation. The estimates of excess pore water pressures together with fault geometries and horizontal extensional strains, determined from the geometry of the subducting oceanic plate, can be used to constrain the stress conditions at failure. The expulsion of hot water from the rapidly dewatering sediments in the Nankai Trough may help to explain anomalously high heat flow in the central part of the trough.     

掺细料砾石土的动孔压特性探讨

地震荷载作用下发生滑坡的滑动带通常由粗颗粒与细颗粒组成。滑带土的动力性质及动孔隙水压力的发展对边坡的稳定性至关重要。对掺细料砾石混合土进行动三轴试验来探讨细料(粒径小于0.5mm)含量对砾石(粒径6~20mm)混合土的动孔压特性的影响,进行细料含量为0%、20%和40%的三组试样的动三轴试验,采用固结围压为100kPa、固结应力比为1.0、频率为1.0Hz,施加轴向动应力分别为0.50、0.55、0.60和0.65kN,得到动孔压的变化规律。试验发现:(1)相同激振力作用下,随着细料含量的增加,动孔隙水压力增长速度逐渐变缓;相同细料含量时,随着激振力的增大,动孔隙水压力增长速度变快。(2)激振力较大和细料含量较少时,动孔隙水压力在较少的振次下达到较大值并趋于稳定。(3)细料含量为20%的砾石混合土试样在试验终止时的振动次数最大,细料含量为40%的砾石混合土在试验终止时的振动次数最小。(4)当细粒含量为0%和20%时,试验终止时最终的孔压都可以接近固结围压;当细粒含量为40%,激振力较大时,试验终止时最终的孔压才接近固结围压,而激振力较小时最终的孔压远远没有达到固结围压。