微观结合水“固化”黏性土渗流系数等效计算方法研究

针对黏性土渗流系数较难准确测定和既有经验计算方法参数获取困难、误差较大等问题,基于较为成熟的粗粒土渗流系数经验计算方法,进一步寻求较为简单准确的途径。首先总结黏性土和粗粒土渗流系数经验计算方法;然后针对黏性土,定义无效孔隙和有效孔隙,按照微观结合水"固化"的等效原则将黏性土等效成粗粒土,并引入参数"等效孔隙比",得出黏性土渗流系数等效计算方法;最后,阐释液塑限综合法测定无效孔隙体积的原理,并通过三组算例评价黏性土渗流系数等效计算方法的准确性。结果表明:(1)计算方法中引入"等效孔隙比"实现了黏性土和粗粒土渗流系数计算的统一;(2)土体微观结合水含量的最大值约为液限的0.9倍;(3)黏性土Mesri方程,以及粗粒土太沙基、柯森–卡门渗流系数等效的计算方法所得结果和实测值最为接近,适用于黏性土渗流系数的计算。     

基于双分形级配模型参数的粗粒土渗透系数计算公式

粗粒土在自然界中分布广泛且在工程中应用普遍。渗透性是粗粒土的重要性质，对于同种粗粒土，因颗粒级配与孔隙特征几乎决定其渗透性，原则上其渗透系数应该可基于颗粒级配和孔隙特征参量计算得到。采用基于分形理论建立的双分形级配模型对粗粒土的连续级配、间断级配进行定量描述，以确定该级配模型的适用性并获得级配模型参数。在此基础上，基于双分形级配模型参数和Kozeny-Carman公式构造出包含级配参量及孔隙率的渗透系数计算公式。在论述了计算公式中各项物理意义后，基于现有文献的实测数据验证该计算公式的有效性。结果表明，双分形级配模型能准确唯一地定量描述粗粒土的颗粒级配；建立的含颗粒级配参量和孔隙率的粗粒土渗透系数计算公式是合理的，该公式适用于计算连续和间断级配粗粒土的渗透系数。     

粗粒土渗透系数计算模型及试验研究

渗透系数是表征土体渗透能力的关键参数,较准确的渗透系数计算模型是研究难点。基于泊肃叶定律,把层流渗流土体等效为细管簇,建立渗透物理模型。根据水头损失细观机制,引入叠合系数,结合Darcy定律推导以孔隙率和等效粒径为基本参数的渗透系数理论计算公式,公式具有严谨的物理意义。对6种单一粒径组粗粒土进行渗透试验,利用试验数据对叠合系数进行拟合分析,得出可用于计算的叠合系数公式。通过渗透系数公式进行计算的结果与试验结果较为一致。为验证本文渗透系数公式的适用性,采用公式对相关文献中的砂性土、混合粗粒土试验数据作计算对比,计算结果与试验实测值接近。本文计算公式在较大粒径范围内比相关文献的渗透系数计算公式准确度有大幅度提高(验证范围为颗粒粒径≤20 mm的混合粗粒土和粒径范围在0.1～5 mm的砂性土),具有较高的准确性和合理性,最后对公式的适用性进行了分析和总结。     

水土压力分算与合算的统一算法

 以土中孔隙水特征为基础,假定土体中的黏性土颗粒吸附的结合水会抵消一部分土中孔隙,最终把土的孔隙比、界限含水量、颗粒分析等物理参数引入土水压力计算,提出一个可以采用土层物理指标计算的水压力比率 ,给出通过土体渗透系数试验测定 值的方法,通过该参数可以把有效应力强度指标与总应力强度指标统一在一个强度公式中。同时,给出一个可以统一水土分算和合算的算法,实现水土压力分算和合算结果之间的过渡,为解决水土压力分算和合算结果的跳跃提供一个新思路。根据理论分析,渗透系数–孔隙比实测曲线应该沿e轴正向平移,土体中黏粒成分含量越高,平移量越大,相关文献的试验数据可证实这点;含有黏粒成分的砂性土采用水土分算偏于保守,而孔隙比较大的黏性土采用水土合算偏于不安全;围护结构上的水土压力计算不但与土体分类有关,还与孔隙比直接相关。     

粗粒类土的孔隙特征参数对渗透系数的影响规律研究

通过对若干粗粒类土在不同孔隙特征时的渗透系数的分析,提出了粗粒类土的渗透系数与其孔隙特征参数孔隙比和孔隙率之间的函数关系式,从而揭示了粗粒类土的孔隙特征参数对渗透系数的影响规律.     

基于级配方程的粗粒土渗透系数经验公式及其验证

粗粒土广泛应用于土石坝工程和道路工程,其渗流特性关系到工程的稳定性和安全性,渗透系数是衡量其渗流特性的基本参数,其中级配是影响渗流的关键影响因素。为研究级配对粗粒土渗透系数的影响,基于已有研究的渗透试验成果,采用连续级配方程对级配连粗粒土试验级配进行定量描述,研究级配与渗透系数的关系,建立了考虑级配曲线面积的渗透系数经验公式,并用现有其它文献的渗透试验成果验证所建立公式的适用性。结果表明,采用连续级配方程可以较好地定量描述级配连续粗粒土的级配曲线;基于级配面积建立的渗透系数经验公式适用于不同最大粒径及不同级配的粗粒土。     

预应力混凝土开口管桩的极限承载力分析

预应力混凝土开口管桩在沉桩过程中存在土塞作用,因此其受力机理比闭口管桩更加复杂。根据现行规范中的经验公式以及修正公式计算单桩极限承载力时,开口管桩的计算值常常低于或高于载荷试验的结果。根据西安一高层建筑预应力开口管桩的设计和桩基检测结果,对单桩极限承载力计算公式的取值进行分析,阐述了"土塞效应"对单桩竖向极限承载力的影响,对计算公式中的侧阻力及端阻力进行修正,所得到的承载力计算值与试桩结果较为吻合。通过研究,建立了基于土塞效应下根据土的物理指标与承载力参数计算管桩承载力的修正公式。     

考虑初始固结状态影响的软基固结计算方法研究

按Terzaghi一维固结理论计算的软基固结过程与实测值存在较大误差,其部分原因是该理论假定固结系数为常数,忽略了初始固结状态和固结过程对渗透系数的影响。根据达西渗透系数公式和柯森–卡门渗透系数公式以及3种固结状态土的e-lgσ关系,推导同时考虑初始固结状态和固结过程中应力状态影响的软基堆载预压过程中的渗透系数预测公式;利用室内固结–渗透试验和已有研究探究预测公式的适用性和可靠性;将预测公式代入固结系数表达式,进而获得考虑初始固结状态和固结过程中应力状态影响的修正的Terzaghi一维固结方程;借助工程应用分析探讨了修正的Terzaghi一维固结方程的合理性。研究发现,预测公式能够快捷准确地预估软基堆载预压过程中的渗透系数变化过程;当上覆荷载较小时,修正的Terzaghi一维固结方程与原方程的计算结果相近;但当上覆荷载较大时,固结过程对土体孔隙比和渗透系数的影响较大,修正后的Terzaghi一维固结方程计算的固结度明显滞后于修正前的计算结果,更符合工程实际。旨在为不同初始固结状态的软基提供一种较为准确的固结计算方法。     

武汉地区饱和黏性土热物理性质试验研究

根据二相土的组成特点,研究饱和黏性土热物理性质与其含水量、密度及孔隙比等参数问的关系。在武汉地铁详勘阶段,采取一级阶地黏性土饱和原状土样,利用KD2 Pro Thermal Properties Analyzer热参数分析仪进行热物理性质试验,同时测试土样的含水茸及密度。对试验结果进行回归分析,分析时假设土中水及同体颗粒骨架的热物理性质为定值,且土中水分没有明显的迁移。结果表明：黏性土导热系数随原状土样密度的增加而增加,随孔隙比的增加而降低：比热容随原状土样含水量的增加而增加。结合试验结果及同外的经验公式．给出了便于工程使用的导热系数及比热容计算公式。     

基于土塞效应的PHC管桩承载力实用计算方法研究

PHC管桩在沉桩过程中存在土塞作用,其受力机理比闭口管桩更加复杂。采用勘察报告给出的参数根据现行规范中的经验公式及修正公式计算单桩极限承载力,其值往往与载荷试验的结果相差很大。根据宁波某一高层建筑PHC管桩的设计和桩基检测结果,对单桩极限承载力计算公式的取值进行分析,考虑土塞的闭塞效应对端阻的增强效果及计算内壁摩阻力时土塞的有效高度对承载力的影响,对公式中的侧阻力及端阻力进行修正,所得到的承载力计算值与试桩结果较为吻合。通过研究,建立了基于土塞效应下根据静力触探指标计算PHC管桩承载力的修正公式。     

冲击碾压冲击能量及有效加固深度分析

文章在已有的计算分析方法上,通过类比强夯法,从能量转化的角度,提出了计算冲击碾压能量和评价有效加固深度的理论公式。通过分析文献中的工程实例,采用文章提出的理论公式计算出砂性土、粘性土和湿陷性黄土的有效加固深度修正系数值,并结合工程实际,给出合理的建议值,其中砂性土为1.3~1.6、黏性土为0.8~1.0、湿陷性黄土为0.6~0.8。文章为冲击碾压法的有效加固深度研究提供了一个思路,希望其中的部分参数能够通过工程实践、试验或数值模拟的方法得到进一步的检验和验证。     

滨海相软土固结—渗透联合测定试验研究

将K0固结仪改装成高压固结—渗透联合测定试验仪,对上海地区滨海相原状软粘土试样、重塑软粘土试样和粉土试样进行了固结—渗透联合测定。对比分析了不同荷载和水头耦合作用下上海软土的变形及渗透特性,并对上海软土试样垂直向和水平向的e-k关系曲线进行了拟合,得到了孔隙比和渗透系数的关系表达式。试验结果表明：结构性对上海软土的固结...     

考虑饱和黏土埋深影响的一维非线性固结

 由于饱和黏土层的埋深对初始有效应力影响较大，因此也会对其非线性固结特性产生影响。假定孔隙比与有效应力对数和渗透系数对数之间分别存在线性关系，那么可将考虑初始有效应力沿深度变化的饱和黏土一维非线性固结方程推广至考虑土层埋深的情况，因此，采用有限体积法对该方程进行数值求解。与E. H. Davis和G. P. Raymond非线性固结理论解析解的对比，证明该方法的有效性。在此基础上，探讨土层埋深、压缩指数与渗透指数的比值、地面均布荷载强度等参数对固结过程的影响。数值分析结果表明，当上述3个参数分别增大时，黏土层的沉降速率都将减小，而埋深对孔压消散速率的影响规律则要受压缩指数与渗透指数比值的制约。     

渗透特性及填筑速率对路基固结的影响

计算软土路基沉降的一般方法没有反映路基渗透系数的变化以及填筑过程的时间效应影响,而大多采用同一渗透系数和一次加载的方式分析路基沉降。笔者采用ABAQUS有限元软件在考虑软粘土渗透系数随孔隙比变化经验公式以及不同填筑速率的基础上分析了软土路基的固结沉降,并进一步研究了填筑阶段路基内竖向有效应力随时间的变化。结果表明:(1)固结随时间的变化跟填筑过程有相关性;(2)渗透系数随深度非线性分布对路基的固结影响不可忽略;(3)加快填筑速率使得竖向有效应力增大的速率加快,沉降也加快;(4)填筑速率对固结沉降的影响主要集中在填筑阶段,对工后沉降影响不大。     

砂土最大最小孔隙比测定及其影响因素分析

相对密实度是影响砂土力学性质的重要指标,密实的砂土呈现强度软化,松散的砂土却呈现强度硬化,而测定最大、最小孔隙比是计算相对密实度的前提。砂土的最小及最大孔隙比是通过直接测定的相应最大、最小干密度换算得到的,但目前常忽略了试验方法对其试验结果的影响,也忽略了黏粒含量对砂样密实度的影响。现取细、中、粗砂3种砂样,进行了干密度测试试验并测定了不同黏粒及黏粒掺量下砂样的最大、最小孔隙比。研究结果表明:采用量筒慢转法测量砂土最小干密度较为合理;采用振动锤击法测定砂土最大干密度时,建议细砂采用容积为250 m L击实筒,中、粗砂采用1000 m L击实筒;掺入粉粒、黏粒后砂样的最小孔隙比均随黏粒掺量(≤30%)增加而减小,且两者之间存在一定的线性关系;砂样最大孔隙比随粉粒、黏粒掺量增加逐渐减小,而随高岭土黏粒掺量增加呈缓慢增大趋势。     

有纺土工织物覆土条件下的渗透特性试验研究

分别配制不同孔隙比的粉砂、标准砂和黏土试样,采用自主研制的一套多功能渗透试验装置,开展了一系列纯土和有纺土工织物覆土条件下的渗透试验,对比分析了这两种条件下渗透系数的差异,并探讨了有纺土工织物与土共同作用下的渗透机理。结果表明,有纺土工织物对于土体渗流略有一定的抑制作用,表现为覆土条件下的渗透系数略小于纯土的渗透系数,但是对于粉砂,当其孔隙比比较大、细砂颗粒的含量相对较多时,细砂颗粒则有可能在渗流作用下通过有纺土工织物孔隙而产生流失,使得覆粉砂条件下的渗透系数略大于纯粉砂的渗透系数。     

非饱和重塑土的干燥收缩试验研究

基质吸力和净平均应力的增大均可引起土体的压缩变形。针对砂土、粉土、黏土和软土4种不同类型土体,结合试样收缩曲线和土水特征曲线分析了土体干燥过程中基质吸力和孔隙比的关系。试验结果表明:土体干燥收缩过程中随着基质吸力的增大试样不断发生收缩,当基质吸力增大到某特定值时,基质吸力的增大对试样收缩变形无明显影响,称此基质吸力为缩限吸力。屈服吸力s0和缩限吸力ss将试样收缩过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和缩限阶段3个阶段。并且不同类型土体的缩限吸力不相同,缩限吸力值与土体的塑性指数密切相关。在干燥收缩过程中,当试样的饱和度减小到90%时试样完成了绝大部分收缩,当试验饱和度达到70%时土样的孔隙比基本保持不变。     

考虑孔隙比和渗透系数随土体当前应力变化的深基坑降水开挖变形分析

基于修正剑桥模型理论,推导了孔隙比e随土体当前应力变化的方程,同时比选了4组经典的描述渗透系数k随孔隙比变化的方程,选择了其中一组最佳的估算公式,编写ABAQUS用户子程序VOIDRI和USDFLD,以实现孔隙比和渗透系数随土体当前应力的变化。在此基础上,研究深基坑降水开挖所致的坑内外土体的变形、围护结构的变形及弯矩,得到以下结论:当考虑孔隙比随土体当前应力变化时,坑外地表沉降量、墙体的水平位移、地下连续墙的弯矩、坑底隆起量均大于孔隙比为定值时的情况;当考虑渗透系数随土体当前应力变化时,坑外地表沉降量、墙体的水平位移、地下连续墙的弯矩均小于渗透系数为定值时的情况,但同时考虑渗透系数和孔隙比变化情况时,其对坑底的隆起量的影响可以忽略不计。     

Bearing capacity of circular footing on geocell–sand mattress overlying clay bed with void

The potential benefits of providing geocell reinforced sand mattress over clay subgrade with void have been investigated through a series of laboratory scale model tests. The parameters varied in the test programme include, thickness of unreinforced sand layer above clay bed, width and height of geocell mattress, relative density of the sand fill in the geocells, and influence of an additional layer of planar geogrid placed at the base of the geocell mattress. The test results indicate that substantial improvement in performance can be obtained with the provision of geocell mattress, of adequate size, over the clay subgrade with void. In order to have beneficial effect, the geocell mattress must spread beyond the void at least a distance equal to the diameter of the void. The influence of the void over the performance of the footing reduces for height of geocell mattress greater than 1.8 times the diameter of the footing. Better improvement in performance is obtained for geocells filled with dense soil.