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循环荷载波形变化对天津滨海软土刚度软化特性的影响

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水运工程 2018年第7期 148-154页

作者：郭飞程瑾李智中交天津航道局有限公司天津300461 中交天津港航勘察设计研究院有限公司天津300461 天津市疏浚工程技术企业重点实验室天津300457

为研究循环荷载波形对结构性软土刚度软化的影响,以天津滨海新区天津港保税区海积软土为研究对象,对其施加不同波形、不同幅值的循环荷载。试验结果表明:当循环荷载应力幅值较小时,软土刚度软化速率慢,不同波形循环荷载对软土刚度软化... 详细信息

为研究循环荷载波形对结构性软土刚度软化的影响,以天津滨海新区天津港保税区海积软土为研究对象,对其施加不同波形、不同幅值的循环荷载。试验结果表明:当循环荷载应力幅值较小时,软土刚度软化速率慢,不同波形循环荷载对软土刚度软化影响差别不大;当循环荷载较大时,软土刚度软化速率加快,荷载波形变化对结构性软土刚度软化速率影响明显,其中方波循环荷载作用下软土刚度软化的速率最大,正弦波次之,三角波最小。通过对比分析不同波形、不同应力幅值荷载作用下软土软化指数衰减曲线,得到综合考虑荷载波形和应力幅值的软化指数经验公式。

关键词：循环荷载加载波形刚度软化特性结构性软土动三轴试验

变荷载下考虑结构性的双层地基一维非线性固结分析

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第7期49卷 1710-1717页

作者：崔军谢康和夏长青胡安峰周禹杉浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州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

考虑变荷载下结构性软土双层地基在固结过程中压缩性和渗透性的非线性变化,基于e-lgσ′两折线压缩模型及e-lgkv渗透关系,利用半解析方法和成层地基一维固结解析解对结构性软土双层地基一维非线性固结问题进行求解。编制相应的计算程序... 详细信息

考虑变荷载下结构性软土双层地基在固结过程中压缩性和渗透性的非线性变化,基于e-lgσ′两折线压缩模型及e-lgkv渗透关系,利用半解析方法和成层地基一维固结解析解对结构性软土双层地基一维非线性固结问题进行求解。编制相应的计算程序,通过实例计算,分析变荷载下考虑结构性的双层地基一维非线性固结性状,分别讨论土体结构性、加载速率、结构屈服应力和渗透指数对地基固结性状的影响。研究结果表明:考虑土体结构性影响比未考虑土体结构性的固结速率增大,最终沉降量减小;当最终荷载不变时,随着加载历时的增大,地基固结过程变慢;结构性软土结构屈服应力增大,超静孔压消散加快,土体固结速率增大;双层地基各层渗透指数对超静孔压影响较为复杂,对上下层地基沉降速率影响不同。

关键词：结构性软土双层地基非线性固结半解析方法固结性状

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高度非线性弹塑性模型的半隐式算法实现

岩石力学与工程学报 2018年第A01期37卷 3178-3186页

作者：耿大将 GUO Peijun 周顺华同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 Department of Civil Engineering McMaster University

对高度非线性弹塑性本构模型当采用全显式算法进行数值实现的过程中存在误差积累和精度较低的缺点。当采用Newton-CPPM隐式算法进行数值实现的过程中容易出现Jacobian矩阵奇异和不收敛问题。为提高精度、改善收敛性并提高计算效率,提出... 详细信息

对高度非线性弹塑性本构模型当采用全显式算法进行数值实现的过程中存在误差积累和精度较低的缺点。当采用Newton-CPPM隐式算法进行数值实现的过程中容易出现Jacobian矩阵奇异和不收敛问题。为提高精度、改善收敛性并提高计算效率,提出一种半隐式算法,并采用半隐式算法对Newton-CPPM算法的迭代初值进行改进,形成了改进的隐式算法。最后,以考虑结构性的SANICLAY模型为例,对全显式算法、半隐式算法、隐式算法和改进隐式算法在计算收敛性、计算效率和计算精度方面进行对比。结果表明,半隐式算法可以有效解决显式算法精度低和误差积累的缺点,其计算精度与改进后的隐式算法的计算精度相近。改进后的隐式算法可以有效解决Jacobian矩阵奇异和不收敛问题。

关键词：土力学结构性软土非线性弹塑性本构模型半隐式算法数值实现

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基于互补算法的结构性软基一维非线性固结解

工程力学 2012年第3期29卷 163-169页

作者：邓岳保谢康和浙江大学岩土工程研究所杭州310058

以往采用半解析法及有限差分法计算结构性土一维非线性固结时,常需建立分段描述的控制方程,这给问题的表述及求解带来不便。该文以e、σ′为双状态变量进行推导,得到形式上统一的非线性固结方程。通过将互补算法嵌入到上述方程的差分求... 详细信息

以往采用半解析法及有限差分法计算结构性土一维非线性固结时,常需建立分段描述的控制方程,这给问题的表述及求解带来不便。该文以e、σ′为双状态变量进行推导,得到形式上统一的非线性固结方程。通过将互补算法嵌入到上述方程的差分求解过程,解决了地基土体结构性破坏界面难确定的问题。互补算法首先寻求分段线性e-lgσ′压缩曲线中的互补条件,并以此构造互补方程组,然后利用互补算法进行求解,进而可得各增量时间步差分进程中e-σ′关系所处阶段。该法的合理性通过与传统单变量差分解及解析解进行对比得到验证,并得到:双变量非线性固结控制方程形式上统一、推导过程较单变量法简单,且适用于任意的压缩模型;通过对压缩曲线中控制变量求解,可判断结构性软土地基所处的压缩状态;基于互补算法的差分解具有较高的计算精度,且求解效率优于一般迭代法。

关键词：结构性软土非线性固结有限差分双变量互补算法

高度非线性弹塑性模型的改进显式算法数值实现

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同济大学学报（自然科学版） 2018年第6期46卷 722-728页

作者：耿大将郭培军周顺华同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 麦克马斯特大学土木工程系

当采用传统的全显式算法对高度非线性的弹塑性本构模型进行数值实现过程中,存在计算效率低、误差积累、精度较低的缺点.为提高计算效率和改善计算精度,采用四阶的Dormand and Prince Runge-Kutta法代替传统的全显式算法中的向前Euler法... 详细信息

当采用传统的全显式算法对高度非线性的弹塑性本构模型进行数值实现过程中,存在计算效率低、误差积累、精度较低的缺点.为提高计算效率和改善计算精度,采用四阶的Dormand and Prince Runge-Kutta法代替传统的全显式算法中的向前Euler法,并结合切平面算法形成了改进显式算法.以考虑土体结构性的SANICLAY模型为例,对传统的全显式算法、改进显式算法和隐式算法在计算收敛性、效率和精度方面进行对比.将改进显式算法用于隧道开挖工程多单元计算中.结果表明,与隐式算法相比,传统的全显式算法的计算精度和计算效率均比较低,改进显式算法计算效率和计算精度均比传统的全显式算法高很多.

关键词：结构性软土高度非线性弹塑性模型改进显式算法数值实现

复杂条件下双层软土地基一维非线性固结理论研究

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复杂条件下双层软土地基一维非线性固结理论研究

作者：崔军浙江大学

学位级别：硕士

地面沉降会造成多种社会和环境危害,具有影响范围广泛、初始阶段不易觉察以及后果严重等特点。目前,国内外学者对地面沉降计算模型和软土地基一维固结理论已进行深入研究,形成了较为完善的软土地基一维固结理论体系,但现有研究在结构性... 详细信息

地面沉降会造成多种社会和环境危害,具有影响范围广泛、初始阶段不易觉察以及后果严重等特点。目前,国内外学者对地面沉降计算模型和软土地基一维固结理论已进行深入研究,形成了较为完善的软土地基一维固结理论体系,但现有研究在结构性土和降水引发的软土地基一维非线性固结方面还很少,且大多数研究局限于单层软土的一维固结,考虑结构性土和降水引发成层地基的一维非线性固结还需要进一步研究和完善。双层地基是最简单的成层地基固结问题,本文将在现有研究基础上,对诸如考虑结构性、降水等复杂条件下的双层软土地基一维非线性固结问题展开较深入的研究,主要工作如下:(1)考虑变荷载下结构性双层软土地基在固结过程中压缩性和渗透性的非线性变化,基于e-lgσ’两折线压缩模型及e-lgkv渗透关系,利用半解析方法和成层地基一维固结解析解对结构性双层软土地基一维非线性固结问题进行求解。编制相应计算程序,将该半解析解计算结果与双层地基一维非线性固结半解析解进行对比,验证该半解析解和计算程序的可靠性。最后分析土体结构性、加载速率、结构屈服应力和渗透指数对双层地基固结性状的影响。(2)假定双层地基土体参数线性变化,根据Duhamel原理,分别推导了潜水层和承压层水位下降引发的双层地基一维线性固结解析解。编制相应计算程序,通过与降水引发的单层软土一维固结解析解结果对比,验证了该解析解和程序的正确性。结合算例,分析抽水速率、水位下降深度、压缩系数和渗透系数对固结性状的影响。(3)考虑在固结过程中土体渗透系数和压缩系数随孔隙比非线性变化,利用e-lgσ’及e-lgkv关系和Duhamel原理对固结控制方程进行变换,分别推导了潜水层和承压层水位下降引发的双层地基一维非线性固结解析解。通过与降水引发的单层软土一维非线性固结解结果对比进行验证,最后结合算例分析土体非线性、水位下降深度、初始压缩系数和初始渗透系数对固结性状的影响。

关键词：地面沉降双层地基非线性固结结构性软土水位下降解析解

天津滨海新区软土在循环荷载作用下的结构强度分析与评价

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天津滨海新区软土在循环荷载作用下的结构强度分析与评价

作者：董佳祺吉林大学

学位级别：硕士

软土在我国分布十分广泛,其工程地质性质(灵敏度高、强度低以及固结时间长等)较为特殊,使其在实际工程应用中存在一定的难度。随着我国经济的发展,步伐迈向沿海城市,对沿海地区的软土研究提出了更深一步的要求。天然沉积的软土普遍存在... 详细信息

软土在我国分布十分广泛,其工程地质性质(灵敏度高、强度低以及固结时间长等)较为特殊,使其在实际工程应用中存在一定的难度。随着我国经济的发展,步伐迈向沿海城市,对沿海地区的软土研究提出了更深一步的要求。天然沉积的软土普遍存在一定的结构性,由于结构性的存在往往会致使土体强度达到一定值时发生突然性破坏,在工程中产生的危害性极大。本文以天津滨海新区的结构性软土为研究对象,取用现场压缩性较高的三种土体进行研究,通过土力学和土质学的有机结合,以理论分析为基础结合试验结果综合分析研究,随后以微观结构特性为切入点进一步说明宏观力学特性的机理性变化,在定性分析的基础上结合较为精准的定量分析,对结构性软土的压缩特性及回弹卸荷再压缩特性进行分析研究。主要获得以下结论:(1)重塑试样与天然原状试样的压缩曲线特征存在明显差异。原状试样压缩曲线呈分段式分布,存在明显的一个拐点,重塑试样压缩曲线变化较一致,无明显拐点。天然原状试样存在结构屈服应力,当上覆应力小于结构屈服应力时,原状试样的压缩量变化率较小,此段压缩量小于重塑试样;当上覆压力大于结构屈服应力时,原状试样的压缩量变化率陡然增大,变形量大幅度增加,此段压缩量大于重塑试样。(2)由于结构特性土体存在一定的结构强度。利用还原后的重塑试样压缩曲线确定其先期固结压力,原状试样压缩曲线确定结构屈服应力,其差值为结构强度,判定三种土样的结构强度情况。(3)在卸荷回弹再压缩曲线中,原状试样与重塑试样的压缩曲线基本与正常固结压缩曲线相一致,符合其变化规律。提出卸荷比、卸荷率、回弹指数、回弹模量等回弹指标对不同试验方案下的压缩曲线进行研究分析,结果表明原状试样的回弹特性强于重塑试样。(4)结合压汞试验及扫描电子显微镜微观结构照片分析压缩后土体的孔隙及结构单元体的大小、丰度及平均分布形态等评价性指标的变化情况,为结构性软土不同压缩回弹下的工程性质评价研究提供一定的理论依据。压缩过程中土颗粒由松散状态重新排列形成团聚状态,孔隙相应重新调整,数量减少,粒径区间向减小方向发展,定向性减弱,土体固结程度变高。(5)结合回弹试验各回弹指标、固结稳定时间及试验后孔隙区间的分布特性综合分析天津结构性软土卸荷回弹再压缩的结构强度机理问题。得出回弹指标随设计复杂程度的加大压缩回弹性减弱,固结稳定时间长的试样的总压缩变形量大于固结时间短的试样,在压缩过程中主要是大孔隙向小孔隙方向转化。

关键词：结构性软土压缩试验卸荷回弹再压缩试验微观结构

地铁动荷载对某软土深基坑支护结构的影响研究

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地铁动荷载对某软土深基坑支护结构的影响研究

作者：郭薇昆明理工大学

学位级别：硕士

在当前城市高速发展的大背景下,城市轨道布设成为解决交通拥堵的有利途径,但地铁隧道与周边建筑物之间的共存性也逐渐成为制约城市发展的因素。我国多省份下覆土层中涉及软粘土地层,在建筑物建设过程中地基沉降现象十分严重,对正常使用... 详细信息

在当前城市高速发展的大背景下,城市轨道布设成为解决交通拥堵的有利途径,但地铁隧道与周边建筑物之间的共存性也逐渐成为制约城市发展的因素。我国多省份下覆土层中涉及软粘土地层,在建筑物建设过程中地基沉降现象十分严重,对正常使用产生非常不利的影响。从来源看,产生这种影响的主要原因是软粘土地层作为地基承载力不足,而外部荷载影响是引起沉降的主要因素之一。因此本文以软粘土地层为主的深大基坑为研究对象,对临近地铁所带来的动荷载影响展开了一系列研究。即先通过对昆明软粘土中特殊泥炭质土结构性规律的研究,确定了软粘土地层的物理特性和力学行为。随后探究其在动荷载影响下深基坑及周边地表的位移及沉降规律,进而分析了布设隔离桩或施作地下隔离墙两种支护结构的适配性。主要工作和研究成果如下:(1)以室内一维固结试验中各个参数的发展规律,尤其是e-logp曲线中孔隙比及屈服应力为基础,提出了反映昆明软土体结构性强弱的结构性指数,即孔隙比在区间零至屈服应力上的积分。进而研究了昆明不同含水率下软土的压缩性和结构性。研究表明,昆明软土在外部荷载下表现为压密现象,且含水率越高,其结构性越差,受到较小荷载时即有可能发生较大的变形。在临近地铁线路时,强结构性的泥炭质土在振动作用下更易发生水平位移及沉降,需要加强支护结构的隔振效果。(2)以激振力函数为基础分析了昆明地铁1号线列车的振动规律,进而应用在深基坑工程上,使用岩土软件FLAC 3D进行模拟后得到昆明结构性软土地层中基坑开挖过程受到动荷载影响的周边土体水平位移、地表沉降等情况。对比未受到地铁动荷载影响下的基坑施工,周边土体水平位移增加约15%,地表沉降达到约10%,该数据表明临近地铁隧道时基坑的稳定性有所降低。(3)将原有的内支撑加钻孔灌注桩的支护设计进行改进,设计两种优化方案,发现围护结构与地铁隧道之间加设一排隔离桩可以达到减震作用;而将原有支护结构改为地下连续墙支护可加强高含水率土层中的止水降水措施。通过监测土体及支护结构的变形,监测支护结构受力情况,分析并整理数据,在FLAC 3D软件中对两种方案进行模拟,对比模拟数据以及现场监测数据可知在基坑与地铁隧道之间加设隔离桩会减少地铁震动带来的支护桩位移及周边地表沉降,在距离基坑壁5米处设置直径为1000mm的隔离桩可将水平位移及地表沉降减少29%和14%;0.8m及1.0m厚的地连墙减少动荷载扰动表现为近地铁隧道侧水平位移减少24%和26%,地表沉降减少28%和31%。考虑节约成本及缩短工期,施作0.8m地连墙方案最优。采用数值模拟结合实测数据的方式分析周边地表水平位移及沉降等数据,可得到最为合理的支护结构优化,保证基坑在施工过程中的安全、稳定、经济、高效。

关键词：深基坑支护结构性软土地铁隧道水平位移地表沉降

循环荷载作用下结构性软黏土动力特性试验研究

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地震工程与工程振动 2018年第1期38卷 44-50页

作者：杨爱武仲涛张国军赵梦生天津城建大学土木工程学院天津300384 天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300381

循环荷载作用下软土力学参数呈现衰减劣化的趋势。本文以天津滨海海积软土为研究对象,通过GCTS空心圆柱扭剪仪进行不同波形与幅值动力循环试验,在达到规定振次后停止试验,利用微型十字板测试其抗剪强度,根据典型的动应力-应变滞回曲线... 详细信息

循环荷载作用下软土力学参数呈现衰减劣化的趋势。本文以天津滨海海积软土为研究对象,通过GCTS空心圆柱扭剪仪进行不同波形与幅值动力循环试验,在达到规定振次后停止试验,利用微型十字板测试其抗剪强度,根据典型的动应力-应变滞回曲线确定动压缩模量、阻尼比与动应变的关系。试验结果表明:循环荷载作用下,累积变形量、抗剪强度、动压缩模量、阻尼比演化与波形和幅值有关。幅值相同时,方波产生的累积变形量明显大于正弦波。低幅值时,抗剪强度基本上表现为随振次增加先下降明显,后趋于稳定,与变形一致,属于稳定型;临界应力幅值时,随着振次增加,开始强度下降幅度大,之后下降速率变小,但不趋于稳定。动压缩模量变化趋势与十字板强度演化规律一致,阻尼比变化特征与十字板强度变化呈相反的趋势。

关键词：结构性软土循环动荷载长期变形抗剪强度