一维稳态渗流时非饱和土中的基质吸力分布

首先对非饱和土中的土水势和干土吸水过程中土水势的变化进行了定性分析。然后利用水相连续性条件、广义Darcy定律及Gardner关于非饱和土导水系数和基质吸力的经验公式,建立了非饱和土一维稳态渗流情况下基质吸力沿深度变化的关系表达式,并利用差分方法对稳态入渗和稳态蒸发两种情况进行了求解。根据提出的方法,不仅可以方便地得到基质吸力沿深度的分布,而且可以求出水头和导水系数沿深度的变化。     

反压土对悬臂式支护结构嵌固深度的影响研究

基于Rankine土压力理论、滑移线场理论和Boussinesq解答在均布条形荷载作用下的表达式,建立了考虑反压土自重对坑底土体水平抗力的增强作用和反压土本身的嵌固作用两种机制时悬臂式支护结构嵌固深度的计算方法,并进行了算例分析。研究表明：虽然反压土能提供给支护结构的水平抗力较小,但由于其合力力臂较大,因此对支护结构有明显的嵌固作用;另外,反压土的自重能明显提高坑底土体的水平抗力。综合考虑反压土的以上效应后,支护结构的嵌固深度可以明显减小。基坑内侧预留反压土的施工方法可以省去水平支撑、降低支护结构深度,还可以节约投资和缩短工期,具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。因此,在条件许可的情况下,该施工方法应优先选用     

考虑原状土初始应力状态的修正SMP屈服准则

原状土与重塑土力学性质方面的差异性,来源于两者初始应力状态的不同及由此引起的结构性差异。重塑土的屈服曲面以等倾线为基线,原状土由于在形成过程中处于三向不等压状态,故其屈服曲面应以K0固结线(初始应力线)为基线。基于松冈-中井的空间滑动面屈服准则,在考虑初始K0固结状态的基础上给出了适用于原状土的修正SMP屈服准则。修正SMP屈服面由常规SMP屈服面绕位于σ2Oσ3平面上的直线σ2=-σ3旋转得到,旋转的角度等于等倾线与K0固结线之间的夹角。与在子午面和π平面上研究重塑土的屈服行为类似,研究原状土的屈服应该在通过K0固结线的子午面和通过σ1+K0σ2+K0σ3=c的χ平面上进行。针对砂雨法试样的真三轴实验结果计算表明,与常规SMP屈服准则相比,基于K0固结线的修正SMP屈服准则更适合描述自然沉积土的强度和屈服特征。     

地基承载力确定的一种方法

根据三轴和直剪试验的特点并以Mohr强度理论为基础建立了Mohr包线的曲线形式。基于弹性理论导出了条形地基在均布荷载作用下塑性区方程,根据方程可以确定临塑荷载及塑性区的范围。与基于直线型Mohr-Coulomb准则建立起来的塑性区方程相比,该方程能反映土体抗剪强度增长随正应力增加逐渐趋缓的特点。算例分析表明：按两种方法计算得出的临塑荷载相差不大,塑性区连成一片时的荷载也基本一致;两种方法得出的塑性区的形状极为相似;随荷载增加,塑性区向下发展的速度比按传统方法得出的结果稍慢。     

球形颗粒紧密堆积状态时的吸力分析

根据圆液面假设和热力学基本原理,研究了球形颗粒紧密堆积模式在水封闭状态（状态2）时的吸力特性,得到了状态2中3类吸力和3类等效吸力与饱和度的定量关系和以接触角和饱和度或饱和半径为参数的吸力比表达式。进一步的研究表明,在状态2中吸力比都小于1,与基于松散堆积模式在水封闭状态（状态1）时得到的结果比较后可知,随着颗粒排列密实度的增大,相对于基质吸力,张力吸力的作用将有所降低但仍然不可忽视。另外,随饱和度变化,状态2中的3类吸力,特别是3类等效吸力的变化趋势与基于状态1得到的结论基本一致。在状态2中,对数吸力比与饱和半径呈明显的线性关系,吸力比与饱和度也呈明显的线性关系,前者与状态1中的吸力演化规律一致,而后者则存在较大不同。     

考虑基质吸力变化时非饱和土的一维本构模型

当地下水位上升或地面遇水浸润时,土的饱和度将因毛细作用而变化,以此使土体产生变形。其中由于含水量增加而使土的重度增大,从而引起压缩变形;同时含水量的增加而使基质吸力下降,从而引起土的回弹变形,因此最终变形取决于上述两种变形趋势的综合效应。根据广义Hook定律、Fredlund的双应力状态变量及Brooks和Corey关于基质吸力与饱和度之间的经验关系,建立了K0状态下非饱和土的一维本构模型。将这一模型与分层总和法相结合,可以计算基质吸力变化时土的竖向变形。通过研究发现,非饱和土的地面变形不仅取决于土的性质与土层的厚度,而且依赖于土中吸力变化前后的分布及应力状态等因素。所建议的一维本构模型可以用于非饱和土地基上基础的沉降估算。     

非饱和土的一种分类方法

根据理想模型中土颗粒和孔隙水之间的几何关系、热力学原理和土力学基本理论,研究了土的非饱和性在非饱和土中引起的力系。给出了张力吸力和吸力比的定义,并在考虑基质吸力作用面积的基础上定义了等效吸力的概念。按照孔隙水弯液面是否与土颗粒表面搭接,将非饱和土分为搭接非饱和土和不搭接非饱和土两类。进而根据搭接状态将搭接非饱和土细分为水封闭非饱和土和搭接双开敞非饱和土,根据孔隙气状态将不搭接非饱和土细分为不搭接双开敞非饱和土和气封闭非饱和土。在搭接非饱和土中,出现张力吸力并对土体的强度产生增强作用;在不搭接非饱和土中,表面张力只是沿着液面传播,不对土的强度产生效应。另外,张力吸力只对强度问题有贡献,它不是渗流问题的驱动力。     

碎石桩复合地基大变形非线性固结模型

基于分段线性差分法,建立了一种碎石桩复合地基大变形非线性固结模型SC1。该模型可以进行等应力和等应变条件下桩土复合地基固结分析,同时能够考虑涂抹区、井阻、桩土自重、变荷载,以及固结过程中桩土参数的非线性变化和大变形问题,并编制了 Fortran 计算程序。分别采用基于等应变假设的桩土复合地基解析解和室内试验数据验证了模型的正确性,小变形条件下,该模型数值解与有无井阻及涂抹区的桩土复合地基解析解均能较好吻合;大变形非线性条件下,模型计算结果与室内试验数据基本一致。采用该模型预测实际工程,随固结时间延长,模型等应力与等应变的沉降量计算值相差逐渐增大,现场实测值介于等应力和等应变条件下模型计算结果之间。     

一种微结构颗粒体分布特征的分析方法

在扫描电镜法（SEM）图像二值化基础上,建立了以颗粒体面积为变量的面积累计曲线表示方法,进而建立了该曲线的曲率系数和颗粒体面积分布特点的不均匀系数。基于瓜州砂质粉土和天津黏土的SEM图像,分析了不同面积比对应的颗粒体特征。研究表明,砂质粉土和黏土的颗粒体面积累计曲线、曲率系数和不均匀系数具有明显的差异性。砂质粉土的颗粒体面积累计曲线是一条平滑的曲线,表现为不良级配土的粒径分布特点;而黏土的颗粒体面积累计曲线具有明显的台阶,表现为某粒组缺失的粒径分布特点。另外,砂质粉土的颗粒体面积累计曲线曲率系数和不均匀系数均明显大于黏土的对应系数。该分析方法可以用来量化不同土的SEM照片之间的差异,从而为岩土微结构的定量化研究提供了一条新的思路。     

一种接触式三维应变花的工作原理及其应用

在三维空间中,常规应变状态由3个正应变和3个剪应变来描述。因此,确定一点的应变状态至少需要6个应变测试元件。基于应变状态理论,设计了一种能测试混凝土、岩土等材料内部应变状态的接触式三维应变花。该测试装置的核心由6个常规应变片组成,且应变片的布置需要满足特定条件。根据任一方向上线应变与常规应变表示方法中三维应变各分量之间的关系,建立了三维应变花各测试数据与常规应变之间的转换矩阵。进一步给出了求解该问题的必要条件,并进行了误差分析。考虑施工便利性要求,着重阐明了直角式三维应变花和正四面体式三维应变花的应变片布置方式,并给出了对应的计算方法。两种三维应变花的自身测试和对某试样应变状态的测试表明,该方法可对混凝土、岩土等材料内部的三维应变状态进行测试。