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《岩土工程学报》2018年第12期中文摘要
日期:2018年12月11日 11:01:01点击数:字号:【

基于等效线性化的土–地下结构整体动力时程分析方法研究

杜修力,许紫刚,许成顺,李  洋,蒋家卫

(北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124)

摘  要:地下结构抗震设计简化分析方法离不开场地地震反应分析,而频域内的等效线性化方法是一维土层地震反应分析的主流方法。在一维土层地震反应分析的等效线性化方法的基础上,提出了一种地下结构抗震设计的等效线性化分析方法,并给出场地材料参数的确定方法。将该方法应用于地铁车站的横断面抗震分析中,并与土体直接采用非线性的Davidenkov模型进行的动力时程分析方法对比,两者计算误差满足工程需要的精度要求。此方法兼具场地等效线性化方法和地下结构动力时程分析方法的双重优势,可以作为一种动力时程分析方法运用于地铁车站等地下结构的抗震设计中。

关键词:地下结构;等效线性化方法;时程分析;Rayleigh阻尼

堆石料状态相关三维多重机制边界面模型

方火浪1,2,蔡云惠1,王文杰1

(1. 浙江大学建筑工程学院,浙江 杭州 310058;2. 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)

摘  要:堆石料的应力应变特性与材料的密度、压力等状态密切相关。针对堆石料的变形与强度非线性,在临界状态和边界面弹塑性理论框架内,建立了一个堆石料状态相关三维多重机制边界面模型。模型将复杂的宏观变形行为分解为一个宏观体应变机制和一系列空间分布的相互独立虚拟微观剪切机制。每个微观剪切机制包含3个方向的微观剪应力–应变关系和微观应力–剪胀关系。引入一个与密度、压力相关的状态参数,用以统一描述不同状态下堆石料的变形和强度特性。模型包含12个参数,多数具有明确的物理意义。对2种堆石料三轴压缩试验结果进行模拟计算,模型模拟值与试验结果吻合良好,说明模型能够较合理地预测堆石料的应力应变特性。

关键词:本构模型;堆石料;边界面;状态参数;多重机制

基于沉降控制的组合后压浆灌注桩承载力计算研究

戴国亮1,2,万志辉*1,2,龚维明1,2,王  磊3

(1. 东南大学混凝土及预应力混凝土教育部重点实验室,江苏 南京 210089;2. 东南大学土木工程学院,江苏 南京 210089;

3. 南京东大自平衡桩基检测有限公司,江苏 南京 210018)

摘  要:以沉降控制标准为原则来确定后压浆灌注桩的承载力有着重要的实际意义。基于石首长江公路大桥工程开展的6根大直径钻孔灌注桩现场静载试验,通过对比分析桩端桩侧组合压浆桩压浆前后的试验结果,研究了组合后压浆对深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性状的影响,在此基础上通过统计得出了在不同桩顶沉降条件下桩端阻力增强系数、桩侧阻力增强系数的取值范围,并给出了一种基于沉降控制标准的组合后压浆桩承载力设计方法,最后通过工程实例验证了该设计方法的合理性。结果表明,组合后压浆条件下的深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性能显著提升,且承载力提高幅度随着桩顶沉降的增加逐渐增大;组合后压浆桩加载至极限状态时,其极限承载力至少提高66%,且能有效地控制桩基沉降量;同时组合压浆后能有效地改善桩端支承性能与桩侧受力特性,显著提高桩端阻力和桩侧摩阻力,并对桩基的荷载传递特性产生明显影响。此外,设计计算方法能较好地给出组合后压浆桩荷载沉降关系的范围,可保守地将计算结果的下限作为工程设计使用。

关键词:深厚细砂层;组合后压浆桩;静荷试验;桩阻力;沉降控制;增强系数

悬挂式帷幕地铁深基坑变形特性研究

李方明1,2,陈国兴2,刘雪珠3

(1. 中国地震局工程力学研究所,黑龙江 哈尔滨 150080;2. 南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京 210009;

3. 江苏省岩土工程公司,江苏 南京 210018)

摘  要:基于江漫滩地铁深基坑的变形实测资料,采用理论分析、经验公式和有限元数值模拟方法,总结了悬挂式帷幕基坑变形规律,给类似工程设计和监测提供依据。结果表明:悬挂式帷幕基坑地表沉降曲线呈凹槽形,地表沉降考虑流固耦合作用大于不考虑流固耦合作用;地下连续墙的最终形态为内凸胀肚型,墙顶水平位移不完全是朝坑内移动,地下连续墙最大水平位移与基坑挖深的比值和全止水帷幕基坑差异不大,最大水平位移点深度位于坑底附近;由降水引起的地表沉降占总沉降量的比值约为0.54;地表沉降范围可以划分为主要影响区、次要影响区和微弱影响区;地表沉降曲线可根据影响分区选用不同的函数表达式;最大地表沉降点位置大于同等条件下全止水帷幕基坑约1.0~3.0 m。

关键词:悬挂式止水帷幕;地铁;江漫滩;基坑;降水;地表沉降

孔洞对爆生裂纹动态扩展行为影响研究

李  盟1,2,朱哲明1,2,刘瑞峰1,2,刘  邦1,2

(1. 深地科学与工程教育部重点实验室,四川 成都 610065;2. 四川大学建筑与环境学院,四川 成都 610065)

摘  要:试验研究含有预制裂纹的砂岩圆板在爆炸荷载下不同孔洞间距(S)对裂纹动态扩展行为的影响。试验中采用应变片测试获取爆炸加载波形作为AUTODYN数值模拟裂纹扩展效果及ABAQUS数值计算应力强度因子的加载力。试验中采用CPG测得裂纹起裂—扩展时刻,根据测得试验数据得出普适函数,对ABAQUS计算所得应力强度因子进行修正最终得到裂纹动态极限应力强度因子。通过对比分析在不同孔间距下裂纹的动态极限应力强度因子,裂纹扩展长度及裂纹扩展速度得出以下述结论:①孔洞对爆炸荷载下的预制裂纹动态扩展行为有所影响,且孔洞间距越小其影响效果越显著;②一般情况下裂纹的起裂极限应力强度因子要略高于扩展极限应力强度因子,裂纹的扩展速度对裂纹扩展极限应力强度因子有一定影响,且二者总体趋势呈反比;③当裂纹扩展至孔洞附近时,由于孔洞的作用提高了裂纹的扩展极限应力强度因子,进而降低了裂纹的扩展速度并减小了裂纹的扩展长度。此外若将孔洞视为隧道光面爆破中的辅助孔或周边孔,那么研究结论可为隧道光面爆破中控制断面内的原生裂纹扩展长度,以期达到隧道围岩最大程度上的完整性提供理论支撑。

关键词:极限应力强度因子;孔洞;裂纹扩展;爆炸荷载

三维胶结结构性土UH模型

祝恩阳1,2,李晓强2,朱建明*3

(1. 北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京 100191;2. 北方工业大学土木工程学院,北京 100144;

3. 华北科技学院安全工程学院,河北 三河 101601)

摘  要:为反映胶结对结构性土剪切最终应力比以及剪胀规律的影响,将p–q坐标中静态的临界状态线(CSL)扩展为与CSL平行并随结构性衰减而从左侧移向CSL的动态临界状态线(MCSL),构造与MCSL匹配的屈服面和剪胀方程,从而将以考虑加载体积垮塌为主的结构性土统一硬化(UH)模型扩展为能考虑胶结影响的胶结结构性土UH模型。在此基础上,应用变换应力三维化方法,将所提模型应用到三维应力空间。相对于结构性土UH模型,三维胶结结构性土UH模型增加了1个模型参数描述初始胶结程度。该参数可由无侧限压缩试验近似确定。通过4种结构性土的试验结果与模型预测对照表明,三维胶结结构性土UH模型能够较合理地反映受胶结影响的结构性土等向压缩、常规三轴剪切与真三轴剪切等特性。 

关键词:胶结;结构性土;移动临界状态线;本构模型;三维化 

新型透明黏土制配及其物理力学特性研究

孔纲强1,周  杨1,刘汉龙1,2,王成青1,文  磊1

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2. 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆 400450)

摘  要:基于人工合成透明土材料和PIV技术的可视化模型试验方法是重要的岩土工程测试手段之一,然而,目前已有透明土材料中针对模拟天然黏土的材料仍相对较少。提出以Carbopol Ultrez10聚合物(简称U10)、NaOH粉末和纯净水为原材料,碳纳米材料掺入作为示踪粒子制成散斑场,制配一种新型透明黏土材料的技术方案与操作方法。基于调制传递函数(MTF)方法,对新型透明黏土材料的光学透明性进行量化分析,并与已有透明土材料的光学透明性进行对比分析,验证其优越性。基于微型十字板剪切试验、压缩固结试验、渗透试验及热传导试验等室内试验方法,对新型透明黏土材料的物理力学特性进行系统研究,探讨其模拟天然黏土的可行性。研究结果表明:新型透明黏土材料的光学透明厚度可达25~40 cm,较目前已有常规透明土材料的光学透明厚度提高约2~3倍;新型材料表现为中低灵敏性黏土、强度随时间明显增加,强度、压缩固结特性与天然淤泥(尤其是海相淤泥)或泥炭土的性质相近,渗透系数为2×10-7~7×10-7 cm/s,热传导系数为0.62~0.71 W·M-1·K-1。

关键词:透明黏土;Carbopol Ultrez10;光学透明性;室内试验;物理力学特性

基于随机多项式展开的流固耦合非饱和土坡概率反分析

吴  芳1,2,3,张璐璐1,2,3,郑文棠4,魏  鑫1,2,3

(1. 上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海 200240;2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240;

3. 上海交通大学土木工程系,上海 200240;4. 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司,广东 广州 510663)

摘  要:降雨入渗条件下非饱和土坡流固耦合作用复杂,具有高度非线性的特点,一般采用数值方法模拟。数值模型计算量大已成为监测数据概率反分析的重要制约因素。提出一种基于随机多项式展开(PCE)的概率反分析方法。该方法采用随机多项式展开构建土性参数与数值模型响应的显式函数,作为概率反分析中原数值模型的代替模型,与基于贝叶斯理论和马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)模拟的概率反分析方法相结合,从而有效提高非饱和土坡流固耦合参数概率反分析的效率。通过降雨入渗非饱和土坡算例研究,结果表明,与基于数值模型的常规随机反分析相比,两种方法在后验分布统计值、95%置信区间等结果非常接近,基于PCE的概率反分析计算效率显著提高,结果可靠。

关键词:反分析;非饱和土;流固耦合模型;随机多项式展开;马尔可夫链蒙特卡罗模拟

改进的膨胀土侧限膨胀试验研究

张  锐1,2,张博亚2,郑健龙1,2,刘正楠2

(1. 长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室,湖南 长沙 410114;2. 长沙理工大学交通运输工程学院,湖南 长沙 410114)

摘  要:为量测膨胀土在侧限浸水和不同上覆荷载下的竖向膨胀率和侧向膨胀力,通过改进常规侧限膨胀试验装置和方法,确保了施加上覆荷载后试样浸水前初始湿密状态不变,消除了制样产生的初始水平应力,并将侧向膨胀力从总的侧向力中区分出来。采用改进的试验装置和方法,以特定初始湿密状态下的广西百色中等膨胀土为研究对象,分别进行了常规侧限膨胀试验和改进的侧限膨胀平行性试验。试验结果表明:常规侧限膨胀试验中的上覆荷载会改变试样初始湿密状态,测得的竖向膨胀率偏小7%~95%;因制样产生的初始水平应力会使最终侧压力偏小16.1%~43.5%;分级加载和逐级卸载的改进侧限膨胀试验结果具有良好的一致性和可重复性;竖向膨胀率随着上覆荷载逐渐减小,引入相对膨胀率和相对压力,可建立反映极限膨胀状态的幂函数拟合公式;侧向膨胀力与上覆荷载相关并随之增大而逐渐增大,当上覆荷载增至竖向膨胀力时侧向膨胀力达到最大,两者之间可用双曲线较好拟合。研究成果可为膨胀模型的建立以及膨胀土地区支挡结构物设计计算提供参考。

关键词:膨胀土;上覆荷载;竖向膨胀率;侧向膨胀力

三维层状路面结构动力响应的混合变量法

王  妍1,2,林  皋1,2

(1. 大连理工大学海岸与近海岸工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024;2. 大连理工大学工程抗震研究所 建设工程学部水利工程学院,辽宁 大连 116024)

摘  要:提出了三维多层路面结构动力响应分析的混合变量法和精细积分方法。通过Fourier-Bessel变换,将频率波数域内的偏微分波动方程解耦为两组二阶常微分方程,一组相应于P-SV波动分量,一组相应于SH波动分量。引入位移的对偶向量,将二阶常微分方程进一步简化为一阶齐次常微分方程,其解为指数函数,采用精细积分法可以获得很高的计算精度。此外,将解表示成混合变量形式,便于多层体系的合并和提高计算效率。该方法适用于任意荷载分布,计算稳定,便于计算机编程。将计算结果与BISAR软件结果及试验结果进行比较,验证了方法的精确性与合理性。在此基础上,分析了轮胎荷载作用下路面结构的变形特点及应力分布情况。研究结果可为公路路面结构设计提供参考。

关键词:混合变量法;层状路面结构;动力响应;Green函数;动刚度矩阵

地埋梁与横观各向同性层状地基相互作用的广义Vesic解答

王  雨,陈文化*

(北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044)

摘  要:根据横观各向同性弹性理论和传递矩阵法,考虑梁底埋深、地基的横观各向同性及成层性,推导得到基床系数的广义Vesic解答。数值算例验证了基床系数取值方法的合理性和准确性,分析了各个参数变化对基床系数取值的影响。结果表明,基床系数k随梁底埋深h的增加而不断增大至最大值,约为地表时的2.05~2.25倍;k随着地基总厚H的增大而减小,而随横观各向同性参数r的增大而增大;当h为0或H超过100b或r为1时,本文解退化为Vesic解;土层加权平均弹性模量相同且首层土体越硬时,k值越大,且广义Vesic解用于有限长梁分析时的计算误差越小。

关键词:基床系数;横观各向同性;层状地基;地埋梁;广义Vesic解

聚丙烯纤维加筋砂土的剪胀特性

孔玉侠,沈飞凡,王慧娟

(南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京 211816)

摘  要:随机分布的聚丙烯纤维在土体中彼此交错形成网状,可显著提高砂土的抗剪强度,减少其峰值强度折减。描述土体剪胀规律的剪胀方程是建立纤维加筋土的本构模型的核心。以聚丙烯纤维加筋南京细砂为主要研究对象,通过不同围压下的常规三轴压缩试验,研究了不同纤维质量百分比含量对南京细砂强度、变形以及剪胀特性的影响。对比聚丙烯纤维加筋砂土与纯砂土的应力应变关系和强度特性,分解出聚丙烯纤维对砂土的内在约束应力。将外力克服剪胀阻力需要做的额外功分解为由土颗粒运动和纤维变形两部分所消耗的能量,利用纤维对土的内在约束应力表示与加筋纤维有关的耗散能,基于最小比能原理建立了聚丙烯纤维加筋砂土的剪胀方程,揭示了聚丙烯纤维加筋砂土的特殊剪胀特性。经过对比发现常规三轴压缩试验结果与模型结果具有良好的一致性。

关键词:砂土;纤维加筋;应力剪胀方程

不同直径盾构隧道地层损失率的对比研究

吴昌胜1,2,朱志铎*1,2

(1. 东南大学交通学院,江苏 南京 210096;2. 江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室(东南大学),江苏 南京 210096)

摘  要:地层损失率是引起地面沉降最主要的因素之一。因此,收集了国内盾构隧道地面最大沉降实测数据,利用Peck公式反推得到地层损失率的取值,研究大直径(D>10 m)与中小直径盾构隧道地层损失率的分布规律及主要影响因素。结果表明:①中小直径、大直径盾构隧道施工引起的地层损失率分别有93.19%在0%~2.0%、近70%在0%~0.5%之间,大直径盾构隧道施工引起的地层损失率数值更小,分布更集中;②中小直径、大直径盾构隧道引起的地层损失率分别随着地层条件变好、地层渗透性的变小而减小;③两种直径盾构隧道的地面最大沉降与地层损失率均具有一定的线性相关性;④隧道覆土深度比与地层损失率的相关性较弱;⑤中小直径盾构隧道引起的地层损失率随着地层黏聚力、内摩擦角以及弹性模量的增大而逐渐减小。研究成果可为今后相关地区类似隧道工程施工诱发的地面沉降预测和施工控制提供科学参考。

关键词:盾构隧道;直径;地面沉降;地层损失率;影响因素

地表移动荷载对既有地下隧洞动力影响解析研究

曹志刚1,孙  思1,袁宗浩*2,蔡袁强1,2 

(1. 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心,浙江 杭州 310058;2. 浙江工业大学岩土工程研究所,浙江 杭州 310014)

摘  要:为获得地表移动荷载对地下隧洞的动力影响,首次给出了地表移动荷载作用下半空间隧洞动力响应解析解。地表移动荷载采用移动简谐荷载模拟,含隧洞半空间地基通过各向同性弹性介质模拟。基于弹性地基控制方程在直角坐标系和柱坐标系下基本解及平面与柱面波函数波形转换,结合地基表面和隧洞柱面施加边界条件,在频域中求得移动荷载下半空间弹性地基与隧洞解析解答,并结合快速Fourier逆变换求得隧洞时域动力响应。利用本解析模型,可计算获得地面移动荷载引起的地下隧洞振动影响,通过与已有研究对比,对本模型正确性进行验证。计算分析了不同荷载移动速度与隧洞埋深下,隧洞表面位移、加速度和地基中动应力响应。研究表明,随着荷载移动速度增加,隧道拱顶地基中动应力与振动加速度均显著增加。地基中动应力随隧道埋深增加迅速衰减,隧洞加速度随埋深衰减相对较慢,但当隧洞埋深超过某一临界深度时,隧洞振动可低于我国规范规定限值。在低速范围,隧洞临界深度随荷载速度线性增加,但当荷载速度超过一定值,隧洞临界深度随着荷载速度呈指数型增长。

关键词:地表荷载;地下隧洞;波形转换;环境振动评估;解析研究

交通荷载作用下埋地承插口排水管道动力响应分析

王复明1,2,3,方宏远*1,2,3,李  斌1,2,3,陈  灿1,2,3

(1. 郑州大学水利与环境学院,河南 郑州 450001;2. 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室,河南 郑州 450001;

3. 水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心,河南 郑州 450001)

摘  要:近年来,由于市政排水管道灾变导致的道路坍塌事故频发,水泥混凝土管是目前应用最为广泛的市政排水管道,其在交通荷载作用下的力学响应特征尚不明确。基于ABAQUS有限元软件,建立了带承插口结构排水管道三维数值模型。在考虑承插口、橡胶圈和无限元吸收边界等的基础上计算分析了不同脉冲幅值、不同荷载作用位置和不同管道埋深对管道动力响应的影响。结果表明:管节处受力高度不连续,交通荷载对其作用位置两侧一节管长范围内的管道影响显著;承口和插口环向以受拉和受压为主;交通荷载作用位置对管顶、管底和管侧纵向Mises应力最大值无明显影响,但对管顶和管底纵向Mises应力分布有影响;管道纵向Mises应力及环向竖向应力与管道埋深成正比,应力增量与埋深增量成反比。计算结果为进一步研究交通荷载作用下排水管道的力学机理提供参考。

关键词:排水管道;承插口;橡胶圈;脉冲荷载;动力响应

恒阻锚杆支护机理数值分析

唐春安1,陈  峰1,2,孙晓明2,马天辉*1,2,杜艳红3

(1. 大连理工大学岩石破裂与失稳研究所,辽宁 大连 116000;2. 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,

北京 100083;3. 辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁 阜新 123000)

摘  要:为了研究恒阻锚杆的拉伸力学性能,采用RFPA软件对恒阻锚杆进行拉伸数值试验,试验结果表明,恒阻锚杆拉伸断裂后塑性应变最大值是弹性应变最大值的12倍,并且在塑性变形过程中应力值在28.01~38.71 MPa范围内波动,且波动较为稳定,数值试验结果与何满潮院士室内试验结果吻合度较高,验证了数值试验方法的准确性和可靠性。以此为依据,进一步采用数值试验方法研究荷载作用下恒阻锚杆和围岩相互作用原理,分析锚固岩体的受力特征和变形破坏特征,并对比分析传统锚杆和恒阻锚杆的支护效果,通过对比分析可知,恒阻锚杆的支护效果优于传统锚杆,为易发生大变形破坏的软岩及冲击地压控制提供了有效途径。

关键词:支护机理;恒阻锚杆;RFPA;数值试验

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究:Ⅰ简化理论

涂兵雄1,刘士雨1,俞  缙1,何锦芳1,周建烽1,贾金青2

(1. 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心,福建 厦门 361021;2. 大连理工大学土木工程学院,辽宁 大连 116024)

摘  要:针对新型拉压复合型锚杆,假定锚固体与岩土体之间的剪应力呈三角形分布,对其锚固机理进行了研究。推导得出了拉压复合型锚杆的抗拔承载力计算公式和与拉力型锚杆抗拔承载力之比(承载比)。对承载比的曲线分析结果表明:承载比随锚固段长度的增加而增加,当锚固段长度系数k1 =2.0时,承载比达到最大值2.0;承载比整体随承压锚固段长度系数k2呈碟碗形对称分布,且随k2的增加而先增加后减小,并在k2=0.5时最大;当k1≥2.0时,承载比的最大值不再随锚固段长度增加而继续增加,但是满足承载比达到最大值的k2取值区间变大。对比拉压复合型锚杆室内试验成果,推导的承载比计算值与试验值吻合较好。在相同锚固段长度下,拉压复合型锚杆抗拔承载力可达拉力型锚杆2.0倍,具有良好的工程应用前景。

关键词:拉压复合型锚杆;锚固机理;黏结强度;抗拔承载力 

基于三维柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试验颗粒离散元模拟

金  磊1,2,曾亚武2

(1. 湖北理工学院土木建筑工程学院,湖北 黄石 435003;2. 武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072)

摘  要:为了有效模拟土石混合体室内大型三轴试验侧向柔性乳胶膜的力学行为,提出了一种可行的三轴试验侧向柔性薄膜边界的三维离散元模拟方法,即三维组合墙法。结合已开发的不规则块石及土石混合体三维离散元建模方法,建立了可考虑柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试样三维离散元模型。引入平行黏结模型以更好地模拟胶结土石混合体中颗粒间的胶结作用,通过开展大型三轴数值试验逐一全面地标定了无胶结土石混合体和胶结土石混合体数值模型的细观力学参数。分析了无胶结土石混合体和胶结土石混合体数值试样的变形破坏过程及特征,并与室内试验结果进行了对比。结果表明:所提出的三维柔性薄膜边界建模方法原理简单,参数较少,易于实现,且能节省计算资源;基于三维柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试验颗粒离散元模拟能较好地再现土石混合体的应力–应变特征、无胶结土石混合体的鼓肚变形破坏特征、胶结土石混合体变形局部化的过程及其剪切带的细观结构特征。

关键词:土石混合体;大型三轴试验;三维柔性薄膜边界;颗粒离散元;变形破坏特征

基于土壤转换函数(PTF)预测不同初始孔隙比土的土–水特征曲线

叶云雪1,邹维列*1,2,袁  斐3,刘家国4

(1. 武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072;2. 西京学院土木工程学院,陕西 西安 710123;

3. 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司,上海 200093;4.深圳地质勘查局,广东 深圳 518015)

摘  要:提出了预测van Genuchten(VG)模型参数n的一个土壤转换函数(pedotransfer function, PTF),该函数是一个非线性回归方程,结合VG模型参数与初始孔隙比e0的回归方程,来预测不同初始孔隙比土的土–水特征曲线(SWCC)。n和回归方程中的拟合参数(a,b和A,B)只需通过3组常规的SWCC试验数据即可校正。将选取的具有代表性的各个文献中的试验数据均分成两部分:一部分用于校正拟合参数(a,b和A,B),另一部分用于验证基于PTF预测SWCC方法的准确性。结果表明,基于PTF所预测得SWCC与文献中的试验数据具有很好的一致性。PTF只需引入一个预测变量即初始孔隙比e0;它不仅适用于变形土,也适用于非变形土。

关键词:土壤转换函数;土水特征曲线;VG模型;初始孔隙比

土压平衡盾构刀盘环向开口率研究

杨志勇1,江玉生1,张晋勋2

(1. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;2. 北京城建集团有限责任公司,北京 100088)

摘  要:盾构刀盘开口率是指刀盘开口部分的面积与刀盘总面积的比值,是盾构选型时需要考虑的重要指标,但这一指标无法反映刀盘开口位置是否合理。为了更好地反映刀盘开口状况,提出了刀盘环向开口率的概念。运用环向开口率特征曲线对北京地铁9号线军事博物馆站—东钓鱼台站区间土压平衡盾构刀盘环向磨损事件进行了分析,阐明了刀盘发生环向磨损的主要原因是刀盘上某一区域环向开口率过小,部分渣土淤积在此区域,另外渣土从开口率小的区域向开口率大的区域流动也造成了刀盘的环向磨损。刀盘环向开口率特征曲线是判断刀盘开口位置合理性的重要依据,开口位置合理的刀盘,除刀盘中心区域外其环向开口率特征曲线应该是平缓的,以保证刀盘上每一个区域都有合理的开口区域,确保渣土顺畅进入土舱,土压平衡盾构刀盘设计时应充分考虑环向开口率这一指标。

关键词:土压平衡盾构;刀盘;环向开口率;刀盘磨损

游离氧化铁对红黏土持水特性的影响

牛  庚1,2,4,孙德安3,4,韦昌富4,邵龙潭1,2

(1. 大连理工大学工程力学系,辽宁 大连116085;2.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁 大连 116085; 

3. 上海大学土木工程系,上海 200444;4. 桂林理工大学广西建筑新能源与节能重点实验室,广西 桂林 541004)

摘  要:分别以红黏土去铁前后的原状样为研究对象,采用压力板仪和饱和盐溶液蒸气平衡法测得全吸力范围内的土水特征曲线并同时量测体变;利用压汞试验测量不同吸力下的孔径分布,以探讨去铁前后红黏土的孔隙结构,并解释宏观持水特性。试验结果表明:低吸力范围(0~1 MPa),去铁前原状样的持水曲线下降较为明显,而去铁后原状样的持水曲线较平缓,尤其是吸力–饱和度的关系,到1 MPa时基本上仍为饱和状态,所以去铁后土样进气值增大;去铁后的原状样随着吸力的增大收缩明显,而原状样的收缩相对较缓,主要原因是游离氧化铁以包膜和桥的形式分布在颗粒表面,加强了颗粒之间的连接和包裹作用,使得土骨架抵抗变形的能力增强。高吸力范围(9~367 MPa),去铁前后红黏土持水和收缩特性相差不大,此时游离氧化铁的作用不明显。去铁前后的红黏土原状样基本上存在单峰孔隙结构,主要原因是在自然经过无数次胀缩变形,相对较大的孔隙收缩,最终使孔径分布相对均匀;随着吸力的增加,这两种土样孔隙结构基本上不变。

关键词:游离氧化铁;红黏土;持水特性;压汞试验;原状样

移动荷载作用下层状正交各向异性地基平面应变问题动力响应

张春丽1,2,3,王  博1,祝彦知3 

(1. 郑州大学水利与环境工程学院,河南 郑州 450001;2. 中原工学院信息商务学院,河南 郑州 450007;

3. 中原工学院建筑工程学院,河南 郑州 450007)

摘  要:基于移动谐振荷载作用下单层正交各向异性地基的平面应变问题的动力方程,通过Fourier变换,引入状态向量,推导了直角坐标系下单层正交各向异性地基的传递矩阵,建立层状正交各向异性地基平面应变问题计算模型,利用传递矩阵方法,结合层间接触条件和连续条件,求得了直角坐标系下正交各向异性层状地基任意深度处的平面应变问题的位移和应力解析表达式。基于推导的理论方法,编制了相应的计算程序,验证了单层正交各向异性土体的计算结果,算例分析土体的分层特性和正交各向异性性质对土体变形的影响规律。研究结果表明:忽略土体的分层特性和上层土体的正交各向异性,不能准确描述地基的动力特性。

关键词:移动荷载;层状正交各向异性地基;传递矩阵;动力响应

基于触变流体理论的可液化土体振动孔压模型

王志华1,何  健1,高洪梅*1,王炳辉2,沈吉荣1

(1. 南京工业大学城市地下空间研究中心,江苏 南京 210009;2. 江苏科技大学土木工程与建筑学院,江苏 镇江 212003)

摘  要:明确可液化土体的振动孔压增长过程是土体液化分析和液化效应评价的关键问题。基于Moore型触变性流体结构理论,利用不同类型土体的32个不排水循环三轴试验证实了液化过程中的土体内部结构的破坏过程与振动孔压增长过程存在等价关系,验证了循环荷载下可液化土体的孔压触变机制。在此基础上,基于孔压触变流体速率方程构建了可液化土体的振动孔压增长模型,发现模型蕴含的振动孔压产生和增长机制可从能量角度获得合理解释。试验结果表明,模型中的振动孔压增长速率参数与土体有效围压、初始相对密度及循环应力比密切相关。利用该模型对不排水循环三轴试验进行了仿真模拟,验证了模型的合理性和可靠性。最后,讨论了模型的主要特点及可能的应用前景,为土体液化分析提供一种新的技术手段。

关键词:可液化土体;触变性流体;速率方程;振动孔压;不排水循环三轴试验

袋装淤泥质土挡墙现场试验研究

樊科伟1,刘斯宏*1,徐思远1,王建磊1,2

(1. 河海大学水利水电学院,江苏 南京 210098;2. 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,湖南 长沙 410014)

摘  要:在平原地区航道建设过程中,航道开挖会产生大量的淤泥质土,将开挖的淤泥质土装入土工袋用于修筑引航道挡墙,能够有效解决开挖淤泥处理的问题。结合苏州杨林塘航道整治工程,利用航道开挖的淤泥质土,通过室内无侧限压缩与固结试验研究了土工袋处理淤泥质土的作用原理;对100 m长的袋装淤泥质土挡墙试验段开展了现场试验,实测了挡墙施工过程中与竣工后的水平位移、侧向土压力及表面沉降。结果表明土工袋能够加速袋内土体固结,增大袋内土体强度;竣工7个月后实测墙体最大水平位移为29.42 mm,发生在挡墙顶部,墙顶面沉降位移为19.2 cm,基本达到稳定;由于土工袋层间摩擦作用,土工袋挡墙墙后土压力从墙内向墙外会逐渐减小;与常规重力式混凝土挡墙相比,所设计的袋装淤泥质土挡墙能够有效降低工程造价。

关键词:挡土墙;土工袋;淤泥质土;现场试验


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