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水平循环荷载下软黏土大直径单桩承载性状离心机模型试验研究

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岩土工程学报 2023年第8期45卷 1574-1585页

作者：曹光伟丁选明张鼎新张宇亭王春艳重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 交通运输部天津水运工程科学研究院天津300456

大直径单桩在静、动荷载下的响应特性与传统小直径桩存在明显区别。为研究大直径单桩基础的循环响应,开展了水平循环荷载作用下软黏土大直径单桩离心机模型试验。通过各工况下单桩响应对比,研究了不同桩径和循环幅值比下大直径单桩基础... 详细信息

大直径单桩在静、动荷载下的响应特性与传统小直径桩存在明显区别。为研究大直径单桩基础的循环响应,开展了水平循环荷载作用下软黏土大直径单桩离心机模型试验。通过各工况下单桩响应对比,研究了不同桩径和循环幅值比下大直径单桩基础的变形、刚度弱化及孔压累积规律。试验表明,循环次数引起得弯矩增加量不会超过首次加载最大弯矩的10%。随着单向循环荷载幅值的增加,大直径单桩-土系统会依次经历弹性段,弹塑性安定段和棘轮破坏段。单桩的卸载刚度、侧向累积位移与桩周土体超孔压均受循环幅值、循环次数的影响,其中卸载刚度还与桩径呈正相关。此外,大直径刚性桩桩底土(砂土)有非常可观的负超孔压累积,这可能会抵消土体弱化对整个桩侧向行为的影响。当单向循环荷载的幅值比小于68%时,整个桩-土体系具有安定性,桩周土抗力无明显弱化,建议对楔形流动深度内的土体p-y曲线加载刚度进行0.8的折减以考虑循环弱化效应。

关键词：离心机试验循环荷载大直径单桩软黏土水平响应

软黏土中成桩工艺对HSCM桩抗压承载性能影响的模型试验研究

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海洋工程 2023年第3期41卷 168-176页

作者：宗钟凌庄潇轩黄蕴晗郑家昌金纬赵晓晴张驿江苏海洋大学土木与港海工程学院江苏连云港222005 江苏省海洋工程基础设施智能建造工程研究中心江苏连云港222005

螺旋桩芯劲性复合桩(helix stiffened cement mixing pile,简称HSCM桩)是一种新型复合桩,其成桩工艺会对桩身及其承载性能有较大影响。为验证HSCM桩在软黏土中同步旋进注浆工艺的可行性,并研究其成桩参数对抗压承载性能的影响,设计了2... 详细信息

螺旋桩芯劲性复合桩(helix stiffened cement mixing pile,简称HSCM桩)是一种新型复合桩,其成桩工艺会对桩身及其承载性能有较大影响。为验证HSCM桩在软黏土中同步旋进注浆工艺的可行性,并研究其成桩参数对抗压承载性能的影响,设计了2组缩尺模型试验,包括不同叶片数量与钻进速度的HSCM桩与对比螺旋桩。通过在高岭土制备的软黏土中成桩,并进行抗压承载性能及桩身几何尺寸测试,分析HSCM桩的成桩参数与水泥土桩身间的关系。试验结果表明:同步旋进注浆工艺能够在螺旋桩周围形成倒圆台状的水泥土桩身,水泥土桩身的平均黏结直径约为叶片直径的1.17~1.35倍;适当增加叶片数量能够使水泥与土体充分拌和,提高水泥土桩身的完整性与连续性,以改善HSCM桩的成桩质量;钻进速度大幅提高会导致注浆量不足,减小水泥土桩身的黏结直径与刚度;试验条件下HSCM桩的抗压极限承载力是螺旋桩的3.83~3.93倍,桩径扩大提高了侧摩阻力,注浆工艺加固并提高了土体强度,弥补了叶片在旋进过程中扰动土体造成强度降低的问题。

关键词：螺旋桩劲性复合桩水泥土软黏土成桩工艺

变围压循环荷载作用下超固结软黏土阻尼比试验研究

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岩土工程学报 2022年第S02期44卷 147-150页

作者：黄珏皓陈健余颂阎晓玲赵永峰付晓东马超中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心湖北武汉430063 中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430050 武汉轻工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430023

通常采用单一轴向循环荷载模拟交通荷载,然而,真实的交通荷载引起的应力场包含循环变化的轴向偏应力和围压。除此之外,部分下卧软黏土是超固结土,并非正常固结土,且针对交通荷载作用下软黏土的阻尼比变化规律鲜有研究。因此,通过对超固... 详细信息

通常采用单一轴向循环荷载模拟交通荷载,然而,真实的交通荷载引起的应力场包含循环变化的轴向偏应力和围压。除此之外,部分下卧软黏土是超固结土,并非正常固结土,且针对交通荷载作用下软黏土的阻尼比变化规律鲜有研究。因此,通过对超固结软黏土开展一系列变围压不排水循环加载试验,对超固结软黏土在变围压循环荷载作用下的阻尼比变化规律进行了研究,分析了超固结比和循环围压对阻尼比的影响。研究结果表明:变围压循环荷载作用下,不同试验条件对应的归一化阻尼比与累积塑性应变关系曲线相似,且归一化阻尼比随累积塑性应变的增长逐渐减小。超固结比和循环围压对阻尼比的衰减程度影响显著,阻尼比随超固结比和循环围压的增大而减小。基于上述试验结果,建立了一个能反映阻尼比随累积塑性应变变化规律的计算模型。上述研究成果可加深对超固结土在动荷载下阻尼比变化规律的认识,从而为交通荷载作用下的土体动力反应分析提供试验基础。

关键词：软黏土循环围压超固结比阻尼比累积塑性应变

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软黏土小应变本构模型参数研究与应用

地下空间与工程学报 2023年第3期19卷 844-855页

作者：王卫东李青徐中华宗露丹李耀良华东建筑设计研究院有限公司上海200011 上海基坑工程环境安全控制工程技术研究中心上海200011 上海市基础工程有限公司上海200433

小应变范围内土体刚度的非线性特性是土体的重要特性之一,合理获取小应变参数对基坑工程周边环境变形分析至关重要。以上海软黏土为例,采集了该地区的典型黏土层(②~⑥层)的原状土样进行了试验研究,提出了由常规岩土勘察报告提供的压缩... 详细信息

小应变范围内土体刚度的非线性特性是土体的重要特性之一,合理获取小应变参数对基坑工程周边环境变形分析至关重要。以上海软黏土为例,采集了该地区的典型黏土层(②~⑥层)的原状土样进行了试验研究,提出了由常规岩土勘察报告提供的压缩模量E_(s1-2)确定刚度参数E^(ref)_(oed)、E^(ref)_(50)、E^(ref)_(ur)及小应变剪切模量G^(ref)_(0)的方法,给出了R_(f)、m、ν_(ur)、γ_(0.7)等参数的取值范围,结合勘察报告提供的c′、φ′等强度参数指标,可以合理得到HS-Small模型的全套参数,上述方法及模型参数已被纳入上海市《基坑工程技术标准》。最后,基于该方法确定的小应变模型参数,对上海深隧排水系统云岭西超深竖井基坑进行了三维数值分析,验证了小应变本构模型在超深基坑工程中的适用性。

关键词：软黏土小应变硬化模型超深圆形基坑基坑开挖

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软黏土超深基坑的时变性状分析及简化算法

地下空间与工程学报 2023年第S2期19卷 758-766页

作者：李冰河应宏伟程康浙江省建筑设计研究院杭州310006 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210198 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心杭州310058 中铁十一局集团有限公司武汉430061

针对杭州某复杂环境下深厚软黏土超深基坑工程,通过探讨一期基坑实测结果与现行行业规程推荐方法计算结果差距较大的原因,研究了土体蠕变、混凝土支撑收缩徐变等因素对围护结构变形的影响,基于规程的弹性抗力法,引入考虑土体蠕变的水平... 详细信息

针对杭州某复杂环境下深厚软黏土超深基坑工程,通过探讨一期基坑实测结果与现行行业规程推荐方法计算结果差距较大的原因,研究了土体蠕变、混凝土支撑收缩徐变等因素对围护结构变形的影响,基于规程的弹性抗力法,引入考虑土体蠕变的水平地基反力系数的比例系数m的实用简化公式和混凝土支撑徐变影响的弹性模量公式,提出了软土超深基坑考虑时变效应的支护结构简化改进计算方法。分析表明,杭州深厚软黏土基坑的时变效应明显,当基坑施工周期较长时,土体流变和支撑徐变引起的位移可达墙体总位移的40%,现行规程推荐的围护体变形计算结果明显偏小,而提出的改进简化计算方法可以较好地模拟基坑施工历时对变形的影响。

关键词：软黏土土体蠕变混凝土徐变时变效应超深基坑

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软黏土中吸力桩的承载性能研究

软黏土中吸力桩的承载性能研究

作者：马振杰天津大学

学位级别：硕士

吸力桩以施工方便、造价低以及可重复利用等优点,被广泛应用到海上风电工程中。但是,由于海上环境复杂,吸力桩受到来自风浪流等荷载的作用,在实际工程中容易造成失稳破坏。为此,学者们提出了改进的“裙式吸力桩”和“低裙式吸力桩”,以... 详细信息

吸力桩以施工方便、造价低以及可重复利用等优点,被广泛应用到海上风电工程中。但是,由于海上环境复杂,吸力桩受到来自风浪流等荷载的作用,在实际工程中容易造成失稳破坏。为此,学者们提出了改进的“裙式吸力桩”和“低裙式吸力桩”,以改善吸力桩基础的承载性能。目前此类新型基础的理论分析和结构计算尚不成体系,相关方面研究较少,因此有必要为新型吸力桩基础在实际工程中的应用提供理论依据和技术储备。首先,采用极限平衡法对传统吸力桩基础的水平、竖向承载力进行了理论推导,并给出了土抗力、摩阻力等相关变量的确定方法;建立了吸力桩结构与土相互作用的三维有限元模型,考虑了计算域、边界条件、接触属性等因素,并对所建立的模型进行了合理性验证。然后,对不同类型的吸力桩施加单一荷载,分析了单一荷载作用下吸力桩达到极限状态时周围土体的破坏状态,分析了长径比、加载点位置、裙结构尺寸等因素对承载性能的影响。研究发现:在水平荷载和弯矩荷载作用下,桩体周围土体主要发生剪切破坏,在竖向荷载作用下,桩端土体主要发生贯入破坏;裙结构能够提升吸力桩的承载能力,随着裙结构尺寸的增大,吸力桩承载能力变大;裙顶与主桶顶部高差对吸力桩水平和弯矩承载力的影响较小,而对竖向承载力的影响较大。之后,采用极限平衡法对裙式吸力桩和低裙式吸力桩的水平、竖向承载力进行了理论推导,并将理论结果和有限元结果进行对比,对比显示,理论解与有限元结果相差较小,证明该方法能够用来计算吸力桩基础的水平、竖向承载力。最后,对不同类型的吸力桩施加组合荷载,分析了组合荷载作用下吸力桩的承载性能,并对归一化破坏包络线进行了拟合,研究发现:在水平和竖向组合荷载、竖向和弯矩组合荷载作用下,桩周土体同时存在着剪切破坏和贯入破坏;裙结构的设置能够明显改善吸力桩的组合承载性能。

关键词：吸力桩基础裙结构软黏土破坏包络线极限平衡法

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天津软黏土触变特性研究

工程地质学报 2023年第5期31卷 1528-1534页

作者：杨爱武杨少朋张静郎瑞卿东华大学环境科学与工程学院中国上海201620 天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室中国天津300384

软黏土的触变性对于实际工程设计和施工具有重要意义。为了分析天津地区软黏土触变性,本文基于正交试验研究了含水率、矿粉含量和pH值对其十字板强度和触变强度比率等指标的影响。试验结果表明:影响天津软黏土触变强度比率的主次因素依... 详细信息

软黏土的触变性对于实际工程设计和施工具有重要意义。为了分析天津地区软黏土触变性,本文基于正交试验研究了含水率、矿粉含量和pH值对其十字板强度和触变强度比率等指标的影响。试验结果表明:影响天津软黏土触变强度比率的主次因素依次为含水率、矿粉含量、pH值;软黏土的触变强度比率随含水率的增大而呈指数增大;随矿粉含量增大而呈接近线性减小;随pH值的增大而增大,但其增加幅度逐渐降低,且碱性比酸性环境更有利于软黏土强度的恢复;通过回归分析,建立了包含含水率、矿粉含量、pH值3个因素的天津软黏土触变强度比率预测公式,据此预测触变强度,预测结果较好。研究成果能够为工程实践提供理论参考。

关键词：软黏土触变性矿粉含量 pH值触变强度比率

软黏土地层囊袋扩张扰动与上覆盾构隧道纵向变形研究

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软黏土地层囊袋扩张扰动与上覆盾构隧道纵向变形研究

作者：贾琪湖南大学

学位级别：硕士

软黏土地层运营盾构隧道不均匀沉降及其引起的接缝渗漏水等病害问题普遍,严重影响列车运营安全与结构服役寿命。下卧地层注浆是常用的隧道抬升方法,注浆挤压地层引起的土体扰动和变形规律决定了隧道抬升效率。然而,目前软黏土地层注浆... 详细信息

软黏土地层运营盾构隧道不均匀沉降及其引起的接缝渗漏水等病害问题普遍,严重影响列车运营安全与结构服役寿命。下卧地层注浆是常用的隧道抬升方法,注浆挤压地层引起的土体扰动和变形规律决定了隧道抬升效率。然而,目前软黏土地层注浆扰动规律尚不清晰,也缺乏注浆引起的上覆盾构隧道纵向变形计算方法。本文将软黏土地层注浆简化为囊袋扩张问题,通过室内试验探究了囊袋扩张引起的土体应力和力学性质演化规律,揭示了囊袋上方地层抬升-沉降发展规律和内在机理。另外,提出了囊袋扩张引起的上覆盾构隧道抬升量-沉降量两阶段计算方法,并应用于实际工程盾构隧道注浆抬升量预测,随后针对扩张参数、地层参数与隧道参数开展参数分析,探讨了不同参数对盾构隧道抬升量的影响规律。本文研究成果可以为软黏土地层囊袋扩张引起的盾构隧道变形预测与控制技术提供支撑,主要内容如下:(1)通过标准一维固结试验、直接剪切试验和三轴压缩试验,探明了福州淤泥夹砂原状样与重塑样的基本物理力学特性,基于土体屈服应力比YSR、结构性参数η两个指标,评价了两种试样的结构性。结果表明:福州淤泥夹砂原状样、重塑样均存在结构性,重塑样结构性相对原状样较弱。另外,福州淤泥夹砂原状样的结构性略弱于杭州淤泥质粉质黏土和淤泥质黏土。(2)搭建了一套囊袋扩张室内实验系统,可还原原位地层应力、模拟实际边界条件并实时监测土体应力、变形、刚度等。在福州淤泥夹砂重塑地基中,开展上覆压力150 k Pa下的囊袋扩张室内试验。结果表明:囊袋扩张导致地层侧向应力以囊袋为中心呈“竖椭圆状”扩散。同时,囊袋扩张会引起影响范围内的土体不排水抗剪强度、小应变刚度不同程度提高,且扩张范围外的土体刚度、强度提高更加明显;顶部地层变形呈现抬升-沉降两个阶段,最终抬升效率约78%。(3)通过结合基于“源汇法”的囊袋扩张地层变形预测方法和文克尔地基上的铁木辛柯梁模型,提出了囊袋扩张过程中的隧道抬升量简化理论计算方法。计算方法利用有限差分法求解,并开展了参数分析。结果表明:土体基床系数、单孔扩张体积对隧道抬升量影响较大,而隧道埋深比影响较小;在其他参数不变的条件下,适当增加扩张体高度、扩张体-隧道竖向间距会减小隧道抬升量;在扩张总体积一致的前提下,单孔扩张引起的隧道抬升量大于双孔扩张。(4)提出了囊袋扩张后隧道沉降量计算方法:利用考虑结构性的柱孔扩张理论计算塑性区范围的超孔压分布,通过Mindlin解及分层总和法得到隧道下卧土体固结变形,基于文克尔地基上的铁木辛柯梁模型,利用有限差分法求解隧道沉降量。联合囊袋扩张过程中的隧道抬升量计算方法,形成了隧道抬升量-沉降量计算方法,并应用于某区间盾构隧道注浆抬升工程。此外,参数分析结果表明:隧道最终抬升量及抬升效率与土体基床系数、注浆体积成正相关,与屈服应力比、注浆范围高度成负相关;随埋深比增大,隧道最终抬升量略微减小,而抬升效率变化甚微。

关键词：软黏土囊袋扩张扰动盾构隧道纵向变形

不同荷载模式作用下双层软黏土地基压缩特性研究

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工程地质学报 2022年第1期30卷 154-163页

作者：雷华阳石梁胡垚宋英杰天津大学土木工程系天津300354 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300354

天津滨海吹填场区典型的"上软下硬"的双层软黏土地基具有复杂的物理性质和工程特性,其在不同荷载作用模式下的变形特性有所不同,在工程实践中往往会产生较大的工后沉降和不均匀沉降,从而导致修建于其上的建筑物出现诸多工程问题。现阶... 详细信息

天津滨海吹填场区典型的"上软下硬"的双层软黏土地基具有复杂的物理性质和工程特性,其在不同荷载作用模式下的变形特性有所不同,在工程实践中往往会产生较大的工后沉降和不均匀沉降,从而导致修建于其上的建筑物出现诸多工程问题。现阶段对于不同荷载作用下吹填场区形成的"上软下硬"双层软黏土地基的变形特性及机理研究甚少,导致理论研究远远落后于工程实践,制约了吹填场区经济建设的快速发展,因此对此类地基的变形特性展开研究显得尤为重要。基于此,本文针对吹填场区"上软下硬"的双层软黏土地基,开展了反复荷载和恒定荷载作用下的一维固结试验和扫描电镜试验(SEM),得到了不同荷载模式作用下的压缩特性及其微观机理,为吹填场区双层软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明:双层软黏土地基的压缩系数和固结系数在反复荷载作用初期明显减小,而后缓慢减小直至趋于稳定;与反复荷载相比,恒定荷载作用下试样的压缩系数初期值增加,固结系数初期值减小,其变化量均在40%~50%的范围内;当荷载等级一定时,反复荷载作用引起双层软黏土地基产生的沉降量相比于恒定荷载作用多30%~45%;随着荷载等级的增加,土样内部大孔隙受到挤压而减少,孔隙的圆度和定向性加强,土体结构更密实,均一化程度提高;相比于恒定荷载模式,反复荷载作用下土样内部孔隙形状更接近于圆形,孔隙定向性更好,土体内部结构强化程度大,但有序性相对较差。

关键词：软黏土双层地基荷载模式压缩特性微观机理