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地铁行车载荷下土体累积孔压正交试验分析

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2019年第4期38卷 321-327页

作者：赵中华雷勇陆法潭沈阳城市建设学院土木工程系辽宁沈阳110167 中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队辽宁沈阳110004 中冶沈勘工程技术有限公司辽宁沈阳110116

为研究地铁行车载荷作用下隧道周围土体孔压特性,基于正交试验设计进行了多组动三轴试验,计算并分析了累积孔压受围压、动应力幅值、频率以及振动次数因素的影响率.结果表明:含水量越大的土体,地铁行车载荷产生的累积孔压越高;累积孔压... 详细信息

为研究地铁行车载荷作用下隧道周围土体孔压特性,基于正交试验设计进行了多组动三轴试验,计算并分析了累积孔压受围压、动应力幅值、频率以及振动次数因素的影响率.结果表明:含水量越大的土体,地铁行车载荷产生的累积孔压越高;累积孔压受单因素影响较大,影响率最大是动应力幅值,其次是围压、频率,最小是振动次数;围压与振动次数、频率与振动次数间的耦合作用对累积孔压影响可忽略,其他因素耦合作用均不可忽略;在一定条件下,耦合作用影响效果比单因素显著,如动应力幅值与围压耦合作用要比单因素振动次数对累积孔压的影响要大.

关键词：地铁行车载荷正交试验设计累积孔压耦合作用影响率

波浪荷载作用下粉质海床土体累积孔压响应及力学性质分析

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波浪荷载作用下粉质海床土体累积孔压响应及力学性质分析

作者：荣富上海交通大学

学位级别：硕士

粉质海床土广泛存在世界上80%的海岸区,它的工程性质介于粘土和砂土之间,在海洋环境长期波浪荷载作用下,海床土体产生振荡超静孔隙水压力以及累积超静孔隙水压力,从而使土体的有效应力下降。波浪荷载长期作用对土体的力学性质也产生重... 详细信息

粉质海床土广泛存在世界上80%的海岸区,它的工程性质介于粘土和砂土之间,在海洋环境长期波浪荷载作用下,海床土体产生振荡超静孔隙水压力以及累积超静孔隙水压力,从而使土体的有效应力下降。波浪荷载长期作用对土体的力学性质也产生重要影响,力学性质直接决定地基的承载力,对海洋构筑物的地基稳定性具有重要的意义。本文采用数值方法建立了波浪-海床相互作用模型,考虑海床的渗透率各向异性,对海床累积超静孔隙水压力进行了深入地分析。同时,通过一维圆筒试验设备,对波浪荷载作用下粉质海床的长期动力响应进行研究,对波浪荷载作用前后的海床土样的力学性质进行分析。本文的研究内容和结论主要有以下三点:1、建立了考虑海床渗透率各向异性的二维累积孔压数值模型。以Biot多孔弹性方程作为海床的控制方程,并利用Comsol流固耦合方程求解。通过与室内波浪水槽试验结果进行对比验证,表明该二维模型可以较为准确地模拟波浪荷载作用下渗透率各向异性粉质海床的累积孔压响应。研究结果可见:累积孔压随时间变化逐渐上升,然后趋于平缓达到最大值;沿深度方向的分布为累积孔压值先增大后减小,远离海床中部的累积孔压小,沿海床水平方向,各位置随时间变化稳步增长;累积孔压的最大值随波浪高度和长度的增大而增大,随波浪周期、平均水深的增大而减小,并且波浪高度和平均水深的变化对累积孔压最大值的影响更加显著;累积孔压最大值随土体饱和度和剪切模量的增大而减小,随横向渗透系数和竖向渗透系数的增大而减小,对竖向渗透系数的变化更加敏感。2、利用一维圆筒设备对持续波浪荷载作用下粉质海床累积孔压全过程进行分析,并分别对均匀土和分层土孔压响应进行了研究。研究表明:海床表面主要呈现为振荡孔压,海床深部均有明显的累积孔压,随着时间的变化缓慢上升并达到最大值,随着海床深度的增加,累积孔压的最大值具有滞后现象;在波浪荷载的持续作用下,海床内的孔压经历上升、稳定和消散三个过程,上升的过程中,孔压的振幅会发生增大,消散的过程中,孔压的振幅降低,而累积孔压在消散后其平均值会保持恒定的孔压值;累积孔压随着波浪高度的增加而增加,随波浪周期和平均水深的增大而减小,对于分层海床,上部的砂土海床主要为振荡孔压,并伴随有振幅衰减和相位滞后的现象,下部的粉质海床的累积孔压变化不明显。3、利用固结仪和直剪仪对波浪荷载试验前后的粉细砂海床和试验后的粉土海床土体进行力学性质分析。结果表明:波浪荷载试验后的上层海床孔隙比变化值等于或略大于作用前,而中部和深部海床,试验前的孔隙比变化值要比试验后明显,对于深部海床,海床的最小孔隙比差别不大;粉土海床随着海床深度的增加,土体的压缩性明显减小;粉细砂的抗剪强度在波浪试验后有所增加,海床土体表面较为松散,表现为粘性,并且粉细砂和粉土海床的海床表面粘聚力要大于海床的中下部。

关键词：粉质海床长期动力响应累积孔压渗透率各向异性力学性质

地铁行车荷载作用下粉质黏土累积孔压特性研究

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水利与建筑工程学报 2019年第2期17卷 19-23页

作者：赵中华雷勇沈阳城市建设学院土木工程系辽宁沈阳110167 中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队辽宁沈阳110004

利用室内动三轴试验仪器,探索在地铁行车荷载作用下隧道周围粉质黏土累积孔压发展规律,并分析围压、固结比、动应力幅值、频率以及振动次数等因素对累积孔压的影响,研究成果为城市地下轨道交通工程设计、施工及运营期间的安全稳定评价... 详细信息

利用室内动三轴试验仪器,探索在地铁行车荷载作用下隧道周围粉质黏土累积孔压发展规律,并分析围压、固结比、动应力幅值、频率以及振动次数等因素对累积孔压的影响,研究成果为城市地下轨道交通工程设计、施工及运营期间的安全稳定评价提供参考。试验结果表明:在相同试验条件下,累积孔压随围压增大而减小,随固结比增大而减小,随动应力幅值增大而增大,随频率增大而减小,随振动次数增大而增大;在低围压试验条件下,累积孔压随动应力幅值的增加而增大的幅值较高围压条件下要明显;累积孔压的增长速率随着振动次数的增加而逐渐降低。

关键词：地铁行车荷载累积孔压耦合作用

波流作用下黄河三角洲多层粉质土孔压累积及液化分析

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海洋湖沼通报 2021年第3期43卷 41-47页

作者：于雅琼王起刚谭长伟丁奇奇王伟常季青于淼青岛市勘察测绘研究院山东青岛266032 青岛岩土工程技术研究中心山东青岛266032

在波浪和海流作用下,多层粉质土海床可能会发生液化破坏,进而影响工程构筑物的安全。以黄河三角洲为背景,选取垦东地区三种典型粉质土海床,基于Terzaghi固结方程和Biot渗流理论,验证了波流作用下多层土海床累积孔压响应模型,探讨了三种... 详细信息

在波浪和海流作用下,多层粉质土海床可能会发生液化破坏,进而影响工程构筑物的安全。以黄河三角洲为背景,选取垦东地区三种典型粉质土海床,基于Terzaghi固结方程和Biot渗流理论,验证了波流作用下多层土海床累积孔压响应模型,探讨了三种不同典型海床累积孔压与液化特征的差异,以及波流参数对海床动力响应的影响。结果表明,上覆硬壳层的海床累积孔压竖向分布出现了两个峰值,并且液化深度可达7.8 m,流速、波高和水深对累积孔压影响显著,而周期影响相对较小。此外,当波浪传播方向顺流时,随着流速的增大,上层土体累积孔压逐渐增大,降低了海床的稳定性。

关键词：累积孔压动力响应粉质土硬壳层波流

考虑波致孔压累积与应力耦合效应的埋置管线周围海床响应特征与机制分析

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工程地质学报 2021年第6期29卷 1770-1778页

作者：刘小丽李乔花廖周全山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛266100 中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100

波浪导致的海床液化是埋置管线失稳的一个重要因素。超静孔隙水压力累积引起的液化深度较深,对海底管线稳定性的影响较大,因此波浪作用下管线-海床系统的累积响应特征一直受到研究者的重点关注。本文基于考虑孔压累积与海床应力耦合发... 详细信息

波浪导致的海床液化是埋置管线失稳的一个重要因素。超静孔隙水压力累积引起的液化深度较深,对海底管线稳定性的影响较大,因此波浪作用下管线-海床系统的累积响应特征一直受到研究者的重点关注。本文基于考虑孔压累积与海床应力耦合发展的数值计算模型,对非线性行进波作用下含埋置管线的海床累积响应特征进行了模拟计算,并与非耦合模型的计算结果进行了对比分析,结果表明,当考虑孔压累积与海床应力的耦合效应时,管线附近累积孔压在水平方向上的不均匀分布会导致海床循环剪应力的增大,从而会极大地促进管线周围海床累积孔压的发展,增大管线的影响范围;忽略孔压累积与海床应力的耦合效应,会在一定程度上低估管线周围海床的液化深度,不利于管线的安全。

关键词：波浪埋置管线累积孔压液化耦合效应

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循环交通荷载下软土路基长期沉降理论解

岩土力学 2016年第S1期37卷 435-440页

作者：吕玺琳方航张甲峰同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

基于循环交通荷载下软黏土累积塑性变形、累积孔压经验公式与分层总和法结合的方法,通过计算不排水循环累积塑性变形引起的沉降和不排水循环累积孔压消散引起的固结沉降叠加,建立了一个软土路基长期沉降拟静力计算模型。对交通荷载应力... 详细信息

基于循环交通荷载下软黏土累积塑性变形、累积孔压经验公式与分层总和法结合的方法,通过计算不排水循环累积塑性变形引起的沉降和不排水循环累积孔压消散引起的固结沉降叠加,建立了一个软土路基长期沉降拟静力计算模型。对交通荷载应力路径下的软黏土空心圆柱扭剪试验数据分析,获得了不排水累积塑性应变模型和不排水累积孔压公式的参数。基于弹性理论解积分计算交通荷载下路基中的动应力,再结合分层总和法计算了路基沉降与循环周次的关系。通过工程实例分析,对比了计算沉降结果与实测结果并与以往理论分析结果,验证了所建立模型的合理性。

关键词：交通荷载长期沉降累积孔压累积塑性应变

波浪作用下含气海床内盾构隧道水力及位移响应分析

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岩土力学 2023年第6期44卷 1557-1574页

作者：张治国叶铜朱正国 PAN Y T 吴钟腾上海理工大学环境与建筑学院上海200093 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 国家海洋局北海预报中心山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室山东青岛266061 自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福建省地质灾害重点实验室福建福州350002 新加坡国立大学土木与环境工程系新加坡119077

海底沉积物中气体通常以不连续的气相存在于海床土体中,既有理论研究较少考虑含气海床环境,波浪动压力引起的渗透力导致隧道衬砌附加变形也较少见之于文献。首先,通过Biot固结方程获得了气-水混合流控制方程,结合适用于浅水区的Stokes... 详细信息

海底沉积物中气体通常以不连续的气相存在于海床土体中,既有理论研究较少考虑含气海床环境,波浪动压力引起的渗透力导致隧道衬砌附加变形也较少见之于文献。首先,通过Biot固结方程获得了气-水混合流控制方程,结合适用于浅水区的Stokes二阶非线性波浪理论获得了隧道衬砌周围的孔隙水压响应;其次,采用叠加法分别考虑了由波浪引起的海床土体内振荡孔压和累积孔压,并以衬砌周围可能出现的最大孔隙水压及渗透力作为最不利荷载工况,结合指数衰减模型描述衬砌劣化效应,获得了考虑波浪渗透力作用下隧道衬砌服役期间位移变化规律;最后,通过试验监测数据及数值模拟验证了本研究理论解析的准确性,通过对波浪周期、水深,海床剪切模量、海床含气量,隧道半径、埋深、衬砌劣化系数进行分析。结果表明:海床含气量增大能降低波浪压力向海床内部传播,并减弱超静孔压的累积效应;随着海床含气量逐渐增大,隧道衬砌周围孔压极值不断减小且出现相位滞后,隧道外渗透力、衬砌径向位移均随着海床含气量增加而明显降低;波浪周期增大、海水深度降低均能明显使海床表面的波浪压力增大,诱发隧道衬砌周围产生较大的渗透力,从而发生较大径向位移,小半径、浅埋深能够有效降低累积孔压造成的渗透力影响;当衬砌劣化系数相同时,含气量越低的海床内波浪引起的超静孔隙水压影响越显著,衬砌产生较大径向位移,不利于隧道的正常服役。

关键词：海底盾构隧道含气海床累积孔压渗透力衬砌劣化

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斜椭圆应力路径下饱和松砂动力特性试验研究

岩土力学 2015年第1期36卷 156-162,170页

作者：李男黄博凌道盛汪清静浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058 合肥万科置业有限公司安徽合肥230041

利用空心圆柱扭剪仪模拟斜入射地震波作用形成的斜椭圆应力路径,对比研究了等向固结条件下饱和福建标准松砂在循环斜椭圆、圆形、扭剪、三轴路径下的动力特性。试验研究表明:土体循环孔压发展存在陡升型和陡降型两种模式;圆形路径下累... 详细信息

利用空心圆柱扭剪仪模拟斜入射地震波作用形成的斜椭圆应力路径,对比研究了等向固结条件下饱和福建标准松砂在循环斜椭圆、圆形、扭剪、三轴路径下的动力特性。试验研究表明:土体循环孔压发展存在陡升型和陡降型两种模式;圆形路径下累积孔压增长速率最快,循环扭剪最小;归一化孔压与斜椭圆的倾角无关,但受斜椭圆长短轴比及动应力比影响。砂土的不排水动强度与动应力路径密切相关,循环扭剪和循环三轴最大,循环斜椭圆次之,圆形路径最小。地震波从特定角度入射时,形成近似圆形路径,若只将地震波视为垂直入射的S波,将高估地基土体抗液化强度。

关键词：斜椭圆应力路径强度累积孔压循环孔压

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波浪作用下海床土体的孔隙水压累积响应

中国造船 2009年第A11期50卷 293-299页

作者：李小均高福平鄢文杰吴应湘中国科学院力学研究所水动力学与海洋工程重点实验室北京100190

提出了一种模拟波浪作用下海床土体动态孔隙水压累积响应的有限元模型，与Clukey et a1．（1983）的波浪水槽实验结果进行了验证分析。通过算例，研究了海床土层厚度对孔隙水压累积速率和残余孔压幅值，以及累积液化深度的影响。结果表... 详细信息

提出了一种模拟波浪作用下海床土体动态孔隙水压累积响应的有限元模型，与Clukey et a1．（1983）的波浪水槽实验结果进行了验证分析。通过算例，研究了海床土层厚度对孔隙水压累积速率和残余孔压幅值，以及累积液化深度的影响。结果表明，累积液化深度随海床厚度的增大而逐步增加；当土体厚度接近一个波长时，液化深度趋于无限厚度海床液化深度的理论值。

关键词：波浪荷载累积孔压液化深度数值模拟