软粘土深基坑开挖时间效应的有限元分析

目前对开挖工程一般只作总应力法分析,本文将Ｂｉｏｔ固结有限元用法饱和软粘土地基深基坑性状的研究,通过典型算例分析土体超散负孔压的分布及分步开挖工程的固结效应,阐述了开挖速率的影响。最后对某深开挖工程实例进行了分析,旨在为基坑工程的设计和施工提供参考。     

超固结饱和黏性土的弹塑性本构模型及三轴试验模拟

针对饱和超固结黏性土现有的下加载面修正剑桥模型破坏应力比为定值,不能反映土体在不同应力状态下强度特性存在差异这一问题,为了更好地反映应力状态变化对破坏应力比的影响,基于三剪统一强度准则确定超固结土的破坏应力比。在此基础上得到了超固结土的弹塑性本构模型,该模型的特点是能够描述土体受力时的中间主应力效应、应力区间效应、拉压差影响。基于该本构模型作了常规三轴压缩条件下超固结饱和黏性土的模拟结果与试验结果对比,结果表明:该模型能够反映不同超固结比下土的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性和规律。利用该本构模型模拟了排水和不排水条件下的真三轴压缩试验,得到了相应的应力-应变特性曲线。     

深基坑开挖中饱和-非饱和土体渗流-沉降的耦合分析

基于饱和-非饱和土体渗流理论,以及土体渗透系数与基质吸力之间的相互联系,将基坑非稳态渗流场的动态变化在时间和空间上进行离散,分别引入到基坑降水的应力应变分析中.以Fredlund非饱和土理论和Mohr-Coulomb屈服准则为基础,采用土体弹塑性本构模型,对高水位地区深基坑开挖采用井点降水措施引起的基坑渗流场的变化及地表沉降进行了数值模拟分析,得出不同降水条件下渗流场的变化规律以及渗流-沉降的内在联系.     

饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型研究

针对饱和超固结黏性土现有下加载面修正剑桥模型中破坏应力比为定值、土体黏聚力为零,以及不能准确反映不同应力状态下土的强度差异这些问题,基于三剪统一强度准则以及应力坐标平移法得到了扩展破坏应力比,其特点是能更好地反映应力状态变化以及土体黏聚力的影响。在此基础上提出了饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型,该模型的特点是能描述土体受力时的中间主应力效应,应力区间效应和拉压差影响,同时也能更好地考虑土体黏聚力的影响。基于该模型对ABAQUS软件进行了二次开发,并利用其模拟了饱和超固结黏性土在排水和不排水条件下的真三轴和常规三轴压缩试验特性。对常规三轴压缩条件下土体力学特性作了模拟和试验结果对比。结果表明所提模型能很好地反映不同超固结比下土体的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性。     

考虑固结的基坑开挖回弹问题有限层求解

在综述前人有关基坑变形研究成果的基础上,指出开挖回弹量直接影响到基坑的稳定性和建筑物的后期沉降,但相关研究很少考虑土体在开挖过程中的固结影响.现引入固结有限层法,通过增加开挖部分的耦合矩阵和开挖部分的渗透矩阵,建立三维横观各向同性土体考虑固结的开挖回弹问题的有限层求解格式,并编制了相应的计算程序,以分析开挖过程中坑底土体的动态固结过程和负孔压的消散规律,研究固结对坑底土体回弹的影响程度.结果表明坑底土体的孔压随时间逐步消散,从负孔压慢慢消散到零,且符合Mandel-Cryer效应,坑底的回弹量随时间不断增加,且中心点回弹量较大,边缘点回弹量相对较小,总体成中心对称的倒锅底形.     

深基坑开挖全过程的数值模拟及工程实践

利用非线性弹性模型中的Duncan-Chang双曲线模型及数值分析方法,对比研究在开挖区外有和没有附加荷载的场地土在开挖全过程中的应力变化,探索这些荷载对开挖全过程的影响。通过模拟分析开挖区外有建筑物等附加荷载作用的深基坑开挖工程实例,得出了一个重要结论：在附加荷载作用下,土体会在靠近附加荷载侧边附近形成一个变形模量明...     

流变性地层基坑开挖过程中土体长时位移预测

软土基坑开挖更易导致施工事故的发生,因此有必要对该类基坑施工过程进行变形预测分析。本文引入改进的Singh-Mitchell蠕变模型及土体位移时效系数概念,提出了利用三轴流变试验数据和三维FEM模拟瞬时结果的软土基坑开挖过程中土体长时位移预测方法并给出了计算步骤。以宁波地铁车站基坑施工为案例,预测了土体长时水平位移和分层沉降量,并与现场监测结果进行了比较分析。结果表明,模型预测值与监测结果趋势一致。     

软弱地层深挖基坑中工程桩偏位分析

某软土地基上建造多栋毗邻的小高层住宅,在地下车库基坑的开挖过程中,软土流动推挤坑内桩基导致偏位。文章以上述工程为背景,借助三维有限差分程序FLAC3D,选取简化计算模型,对基坑开挖流动土体作用下工程桩的反应性状进行了模拟与分析,并与实测值进行了比较,最后讨论了影响桩基变形的相关因素,可为分析软土地区基坑开挖对坑内工程桩影响时提供一定的理论指导。     

考虑热渗效应的有限热源固结近似解1）

通过建立考虑热渗效应和热流固耦合效应的饱和土体固结方程,研究了无限长圆柱热固结问题. 利用Fourier 和Laplace 变换及其逆变换,给出了热固结问题的解析解;然后对空间内无限长圆柱形热源问题进行研究,得到非等温条件下柱体周围饱和土体温度、孔隙水压力的近似解,并总结其规律,分析了热渗系数、固结系数对温度作用下土体固结的影响.     

正常固结原状饱和黏性土的本构模型研究

基于扰动状态概念研究了正常固结饱和原状黏性土的本构模型。其中,相对完整状态采用基于原状黏性土的理想非线性弹性本构模型来表征;完全调整状态则是基于临界状态土力学框架,将修正剑桥模型与三剪强度准则相结合而建立的弹塑性本构模型来表征。为了更好地反映黏性土的黏聚力影响,提出了等量代换法和坐标平移法两种处理方法,并作了对比研究。针对基于临界状态土力学框架和扰动状态概念建立的原状土本构模型为平均应力、广义剪应力与体应变、广义剪应变间的关系且无屈服函数显式表达式,提出了一个将其三维化的方法。三维化后的原状黏性土本构模型为空间内6个应力分量和6个应变分量之间的关系,更便于复杂应力状态下的土体变形分析及有限元编程。为验证模型的正确性,对正常固结江西原状饱和红黏土土样作了固结排水和固结不排水条件下的常规三轴压缩试验和K0固结试验,并与模型计算结果作了对比,结果表明:所提模型能够较好地反映江西原状饱和红黏土的力学和变形特性。另外,用所提模型对江西原状饱和红黏土进行了真三轴压缩数值模拟实验,探讨了中间主应力对其力学和变形特性的影响,结果表明:中间主应力及其影响系数对土的变形、孔隙水压力、强度均有影响;固结不排水条件下,在相同剪应力的作用下,土体剪应变随中间主应力影响系数的增大而减小,在相同轴向应变条件下,孔隙水压力随中间主应力影响系数的增大而增大;固结排水条件下,在相同平均正应力作用下,土体体应变随中间主应力影响系数的增大而减小,在相同轴向应变条件下,土体体应变随中主应力影响系数的增大而增大。     

A RHEOLOGICAL CONSOLIDATION MODEL FOR SOFT CLAY WITH CONSIDERATION OF TEMPERATURE AND THE ANALYTICAL

基于四元件流变模型,考虑温度影响,建立了宁波软黏土流变固结模型,并利用拉普拉斯变换得到瞬时加载条件下的考虑温度 影响的饱和软黏土流变固结解析解;利用不同温度下软黏土的流变固结试验结果,拟合获得了四元件流变模型参数,进行编程得到理论值, 并与试验值进行对比. 结果表明：该模型能较好反映宁波软黏土流变固结特性,计算结果与试验结果较为吻合.温度的升高导致渗透系数增大,在相同的时间内孔压消散 越快, 固结 越快.     

主应力轴旋转下黏土累积变形的分数阶元件模型

在长期交通载荷作用下土体塑性累积变形本构模型对路基沉降计算至为关键.元件组合模型可以计算岩土体循环累积应变,但现有的各类元件模型未能反映饱和软黏土的主应力轴循环旋转现象.在对饱和软黏土进行等向固结条件下的主应力轴循环旋转加载试验及非等向固结下的循环扭剪试验基础上,将Abel黏壶代替Burgers模型中的Newton黏壶,得到分数阶Burgers模型;利用遗传算法优化循环塑性累积应变的Burgers模型和分数阶Burgers模型的参数,通过对比两组模型的计算值与试验值,发现分数阶模型更适合模拟计算循环载荷下饱和软黏土的累积变形.     

Constitutive equations for densification of matrix-coated fibre composites during hot isostatic pressing

This work addresses the development of physically based constitutive equations for the consolidation of fibre-matrix-void systems typically arising in the manufacture of matrix-coated fibre metal matrix composite materials. The analyses consider square array packing of the coated fibres under symmetrical in-plane compressive load and take into account the power-law creep of the matrix. Two models have been developed. The first is based on an energy approach in which assumed velocity fields in the deforming matrix are considered and are expressed in terms of an unknown parameter. In this way, the dependence of the deformation rate on volume fraction of voids and fibres is derived through the use of Hill's minimum principle for velocities. The second model makes use of micro-mechanical finite element modelling in which fibre, matrix and void are modelled explicitly. The micro-mechanical finite element model is developed for validation and comparison. Theoretical predictions are examined. The constitutive equation for consolidation derived from Hill's minimum principle shows good agreement with results obtained from micro-mechanical finite element modelling.     

基于饱依丁-汤姆逊模型的软岩损伤蠕变模型

为更加准确地描述深部软岩的蠕变全过程,以饱依丁-汤姆逊模型为基础,将损伤变量引入到蠕变方程中,并构造了可描述加速蠕变阶段的模型元件,通过串联得到了新的蠕变模型。结果表明:该模型能够较好地描述软岩的衰减蠕变、稳态蠕变、加速蠕变阶段。用该模型对泥质页岩的蠕变试验结果进行数据拟合对比,结果显示该模型的拟合曲线与实验曲线基本吻合,拟合度为0.99733,能够很好地反映出软岩蠕变的特性,适合用于描述深部软岩的蠕变行为。     

砂井地基的一个简化计算模型

基于三维有限元方法，提出了一个预测和评价砂井地基的简化计算模型。该计算模型采用块体单元模拟砂井周围的土体，用砂井单元模拟砂井的竖向排水和水平排水过程，并且推导了反映土体单元和砂井单元之间排水过程的连续性方程。克服了以往有限元法计算砂井地基时，需要将砂井和周围土体作均质化等价的缺点，并可用弹塑性模型反映砂井周围土体的非线性变形和强度特性。计算了单个砂井地基固结排水过程。通过和理论解的比较表明，用本文简化计算模型得到的结果和理论解比较接近。同时，还计算了日本某高速公路路基用砂井 堆载预压法处理的过程，通过分析表明，该简化模型能反映砂井地基的固结排水过程，可以应用于实际工程。     

正常固结饱和黏性土三剪有限变形弹塑性本构模型研究

基于三剪统一强度准则,利用等量代换法和坐标平移法分别推导出正常固结饱和黏性土的三剪破坏应力比,并将其与修正剑桥模型相结合,得到三剪统一屈服面方程。为反映饱和黏性土的变形非线性及大变形特性,基于有限变形理论,建立了正常固结饱和黏性土的三剪统一有限变形等量代换法和坐标平移法2种弹塑性本构模型。为验证模型的适用性,取江西红黏土制备三种不同压实度的试样,在不同围压下进行常规三轴固结不排水和固结排水压缩试验。将试验数据与本文所提2种有限变形模型及相应的2种小变形模型计算结果进行了对比分析,结果表明,随着变形的发展,有限变形模型相对于小变形模型更接近试验结果,能较好地反映黏性土因高孔隙率（低初始压实度、小围压及压缩变形前期）而产生的大变形特性,虽然小变形模型的计算偏差会随着土样初始压实度和所施加围压的增大而减小,但有限变形模型对不同压实度和围压的计算偏差均相对较小,其中,等量代换法有限变形模型在初始压实度较大或者围压较高时所得计算偏差相对最小。对所提本构模型所做真三轴分析表明,中间主应力影响系数b和初始压实度对土体的强度和变形特性具有一定的影响。主应力差、孔隙水压力和体应变与b值呈正相关性,主应力差与初始压实度呈正相关性,孔隙水压力和体应变与初始压实度呈负相关性。     

Finite Deformation Models and Field Performance

This paper reports about the derivation of a fully nonlinear model characterized by finite deformations without smallness assumptions. The soil is assumed to be saturated, and no restrictions are introduced on the constitutive laws. Initial boundary value problems are formulated with reference to geotechnical problems, such as consolidation under own weight or sedimentation of solid particles in a quiescent fluid, and back-analyses of field performance of an embankment resting on a soft clay deposit.     

基于岩石蠕变及D-P准则的深部巷道围岩弹塑性分析

为深入分析岩石蠕变及中间主应力对深部高应力软岩巷道围岩稳定性及分区变形特性的影响机理, 通过剖析长期荷载作用下深部巷道围岩的变形特征, 揭示了基于围岩蠕变特性的深部巷道围岩四分区变形机理, 并依据Druck-Prager准则及关联性流动法则考虑了中间主应力、岩体扩容及应变软化的影响, 推导出巷道围岩各分区应力、变形和半径解析解. 结合工程算例, 通过对现场监测数据以及不同力学模型的计算结果进行对比分析, 论证了本文理论的科学性, 并揭示了不同强度准则和围岩参数对深部巷道围岩各分区形态的影响规律. 结果表明, 忽视深部巷道围岩的蠕变特性将导致初始黏聚力的取值大于实际值, 从而造成围岩的理论承载能力大于实际承载能力; 在[0, 0.7]区间内提高中间主应力系数可有效控制围岩塑性区及破碎区范围的扩展; 当初始黏聚力及内摩擦角减小时, 中间主应力系数对围岩塑性区、破碎区范围及巷道变形的影响力显著提高. 研究成果可为地下工程支护设计及围岩稳定性评估提供理论参考.      

上海软粘土微观特性及在土体变形与地面沉降中的作用研究

对上海软粘土的颗粒及集合体成分、孔径分布、微结构、孔隙溶液与阳离子交换性作了分析 ,对固结前后的孔径变化与人工回灌对土体性质可能带来的影响作了探讨 ,从物理化学角度阐述了软粘土微观特性对土体固结变形及地面沉降的影响.