欠固结土石混合体回填土单向固结模型研究

发布时间：2017-10-22 14:16

  本文关键词：欠固结土石混合体回填土单向固结模型研究

  更多相关文章： 土石混合体回填土 含石率 线性固结 非线性固结 有限差分

【摘要】：随着城市化进程的加快,在山地城市建设中经常需要开山填筑,从而形成了大量的土石混合体回填区,埋深从几米到上百米不等,而在基础交通建设等过程中不可避免会穿过的深厚的土石混合体回填区。由于欠固结土石混合体回填土固结情况较为复杂且其沉降变形较大,在隧道施工过程中容易造成地表的不均匀沉降和隧道的坍塌,严重影响了基础交通的建设、拖延了施工工期,因此成为了施工中的难点。而目前针对土石混合体的固结问题的研究甚少,故对土石混合体回填土的固结沉降研究具有重要的理论意义和工程参考价值。本文在前人研究的基础上,通过试验研究和理论推导对欠固结土石混合体回填土的单向固结特性进行了较为深入系统的研究。本文主要研究内容与成果如下:(1)从重庆轨道交通五、十号线的暗挖隧道土石混合体回填区取得土石混合体回填土,将土石混合体回填土筛分后的土壤和石块按照不同的含石率w石配和后进行单向侧限压缩试验。通过试验数据分析,得到了不同含石率w石土石混合体回填土的压缩指数和压缩系数等参数,以及欠固结土石混合体回填土固结特性和含石率w石的关系。(2)根据前人的研究,对土石混合体回填土的渗流与渗透特性进行分析,并结合其渗流和渗透试验数据得出土石混合体回填土的渗流符合Forchheimer渗流规律,并提出不同含石率w石的土石混合体回填土新的渗透关系式。(3)以土石混合体回填土Forchheimer渗流模型为基础,在变荷的条件下不考虑土石混合体回填土的压缩性和渗透性随时间的变化,进行理论推导建立了欠固结土石混合体回填土线性单向固结偏微分方程,得到了偏微分方程的有限差分解。然后,用MATLAB软件对欠固结土石混合体回填土线性单向固结偏微分方程的有限差分解进行编程计算并验证。通过对欠固结土石混合体回填土线性单向固结模型的不同参数赋值,分析了非达西渗流影响系数?、荷载、土的厚度等参数对欠固结土石混合体回填土的线性单向固结性状的影响。(4)在线性单向固结的基础上,综合分析了土石混合体回填土渗透性和压缩性随时间的变化。引入了土石混合体回填土渗透特性关系式和压缩特性关系式进行理论推导并考虑了自重应力的分布形式,建立了欠固结土石混合体回填土非线性单向固结微分方程并得出其有限差分解。然后,在欠固结土石混合体回填土非线性单向固结微分方程有限差分解的基础上,用MATLAB软件对其进行编程计算并验证了其程序计算框架的可靠性。最后分析了自重应力分布形式、含石率w石和压缩指数cC和渗透指数kC等各种参数对欠固结土石混合体回填土的非线性单向固结特性的影响。
【关键词】：土石混合体回填土 含石率 线性固结 非线性固结 有限差分
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-14
• 主要符号14-15
• 1 绪论15-25
• 1.1 问题的提出及研究意义15-16
• 1.2 国内外的研究现状16-22
• 1.2.1 土石混合体回填土物理力学特性研究现状16-17
• 1.2.2 线性单向固结理论研究现状17-20
• 1.2.3 非线性单向固结理论研究现状20-22
• 1.3 研究内容和技术路线22-25
• 1.3.1 研究内容22-23
• 1.3.2 技术路线23-25
• 2 土石混合体回填土固结试验研究25-41
• 2.1 工程概况25-26
• 2.1.1 工程地质情况26
• 2.1.2 水文地质情况26
• 2.2 土石混合体回填土单向分级压缩固结试验26-32
• 2.2.1 ZY50-2G型试验机26-27
• 2.2.2 压缩固结试验步骤27-32
• 2.3 土石混合体回填土试验结果分析32-39
• 2.3.1 单向压缩固结试验结果32-36
• 2.3.2 土石混合体压缩性分析36-39
• 2.4 本章小结39-41
• 3 土石混合体回填土的单向固结特性研究41-79
• 3.1 引言41
• 3.2 土石混合体回填土渗流特性41-55
• 3.2.1 土中水的分类41-42
• 3.2.2 达西定律及其修正模型42-47
• 3.2.3 土石混合体回填土渗流模型47-55
• 3.3 土石混合体回填土渗透特性55-66
• 3.3.1 土的渗透性分析55-56
• 3.3.2 渗透性影响因素56-62
• 3.3.3 土石混合体回填土渗透模型62-66
• 3.4 土石混合体回填土压缩特性66-78
• 3.4.1 非线性压缩模型研究66-67
• 3.4.2 非线性压缩模型拟合分析67-78
• 3.5 本章小结78-79
• 4 土石混合体回填土（非）线性单向固结模型79-99
• 4.1 引言79
• 4.2 有限差分法79-86
• 4.2.1 矩阵的LU分解80-82
• 4.2.2 追赶法82-83
• 4.2.3 Crank—Nicholson差分格式83-84
• 4.2.4 迭代法84-86
• 4.3 土石混合体回填土线性单向固结模型86-91
• 4.3.1 线性单向固结模型的假设条件86-87
• 4.3.2 线性单向固结微分方程的建立87-88
• 4.3.3 线性单向固结微分方程的有限差分解88-91
• 4.4 土石混合体回填土非线性单向固结模型91-96
• 4.4.1 非线性单向固结模型的假设条件91
• 4.4.2 非线性单向固结微分方程的建立91-93
• 4.4.3 非线性单向固结微分方程的有限差分解93-96
• 4.5 本章小结96-99
• 5 土石混合体回填土单向固结特性影响因素分析99-129
• 5.1 MATLAB简介99
• 5.2 土石混合体回填土线性单向固结影响因素分析99-111
• 5.2.1 线性单向固结模型有限差分解的验证100-107
• 5.2.2 非达西渗流影响系数 b 对固结特性的影响107-108
• 5.2.3 荷载大小对固结特性的影响108-109
• 5.2.4 土层厚度对固结特性的影响109-110
• 5.2.5 加载速率对固结特性的影响110-111
• 5.3 土石混合体回填土非线性单向固结影响因素分析111-126
• 5.3.1 非线性单向固结模型有限差分解的验证112-117
• 5.3.2 自重应力分布形式对固结特性的影响117-118
• 5.3.3 非达西渗流影响系数 b 对固结特性的影响118-120
• 5.3.4 含石率w_石对固结特性的影响120-121
• 5.3.5 压缩指数C_c和渗透指数C_k对固结特性的影响121-125
• 5.3.6 施加荷载速率对固结特性的影响125-126
• 5.4 本章小结126-129
• 6 结论与建议129-131
• 6.1 结论129-130
• 6.2 创新点130
• 6.3 建议130-131
• 致谢131-133
• 参考文献133-141
• 附录141
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录141
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目141

【参考文献】

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本文编号：1078727