冲击荷载作用下淤泥土力学响应特性研究

发布时间：2017-09-30 14:00

  本文关键词：冲击荷载作用下淤泥土力学响应特性研究

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【摘要】：静动力排水固结法越来越多地运用于加固超软黏土地基等不良地基当中,其中淤泥土在冲击荷载作用下的力学响应特性受到业界的特别关注。本论文选题来源于国家自然科学基金项目《超软土地基静动力排水固结快速加固机理及设计理论研究》(项目批准号：51178122)。通过本文的研究可以对淤泥类地基的静动力排水固结法的加固机理有更深入的了解和认识,为该法的施工以及优化设计提供指导与依据。本文首先综述了冲击荷载作用下淤泥土力学响应特性、本构模型以及模型试验研究等现状；再进行试验研究分析,即利用自行研发的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,在模型箱设置多组不同排水体系间距(有无、疏密),对淤泥土进行静动力排水固结模型试验(1：30相似比),研究冲击荷载作用下淤泥类地基孔压、土压增长和消散规律以及冲击能传递规律,从而通过模拟现场工程了解冲击荷载作用下淤泥土的力学响应；同时使用SPAX-2000 (改进型)静动真三轴测试系统对静动力排水固结法进行模拟,通过淤泥土的三轴冲击试验,研究不同冲击频率(1Hz、8Hz、16Hz)、不同围压(200kPa、250kPa、300kPa)与不同中主应力(250kPa、300kPa、350kPa)作用下的淤泥土力学响应,旨在不同中主应力、围压以及不同频率条件下,进一步探讨冲击荷载作用下淤泥土的力学响应特性；最后基于修正剑桥模型和有限特征比模型,将其分析结果与试验结果进行对比分析,主要成果如下：一、模型试验研究得到插板较密区比插板较疏区孔压更易消散,工中沉降更大：当插板间距加密33%,工中沉降增加25%。这表明排水体设置是必要的,且应保持合理密度；插板越密,软土各深度H处能量增量占比k与H的曲线斜率由负值朝正值方向发展趋势越好；而且随着夯击遍数增加,能量在软基深层分布的比例越大,且深层最终能量增量占处理厚度总能量的比例最大。二、对于三轴试验：1、在相同冲击频率、中主应力和围压作用下,随着冲击荷载(30kPa、60kPa、90kPa)的增大,某种体能量增量(附加体应力增量×相应体应变增量)随之减小；当冲击荷载增大50%(由60kPa增大至90kPa),对应的某种体能量增量最大可减小38%。这说明高冲击能作用下土体能量更容易趋于饱和,这为防止橡皮土的产生提供了理论上的解释。这也再次表明了静动力排水固结法的加固原则“少击多遍,逐级加能”的重要性。2、在相同冲击荷载大小、中主应力和围压作用下,随着冲击频率(1Hz、8Hz、 16Hz)的增大,轴向应变量和某种体能量增量随之减小,冲击频率为8Hz对应的轴向应变量和某种体能量增量分别比1Hz的最大可减小75%和45%,16Hz对应的轴向应变量和某种体能量增量比8Hz的最大可减小69%和62%。上述表明低频冲击比高频更有利于能量的传递和吸收,这对于实际工程中采用低频冲击荷载进行地基处理提供了重要的参考价值。3、在相同冲击荷载大小以及冲击频率为1Hz作用下,中主应力的存在对淤泥土的应变会产生一定的影响：随着中主应力的增大(250kPa、300kPa、350kPa),累积轴向应变和累积体应变随之减小,300kPa对应的累积轴向应变和累积体应变比250kPa分别减少了44%和27%,350kPa对应的累积轴向应变和累积体应变比300kPa减少了46%和19%。三、基于修正剑桥模型和有限特征比模型,将其分析结果与试验结果进行对比分析,得到以有限特征比本构模型为基础的计算值与试验值具有一致性,可知利用有限特征比描述淤泥土的力学响应特性是有效的。
【关键词】：静动力排水固结法 冲击荷载 淤泥土 力学响应 固结效应
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU447
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-32
• 1.1 前言15-16
• 1.2 研究现状16-30
• 1.2.1 冲击荷载作用下土体力学响应特性研究现状16-20
• 1.2.2 理论分析和数值模拟研究现状20-21
• 1.2.3 本构模型研究现状21-27
• 1.2.4 室内模型试验研究现状27-30
• 1.3 研究意义及研究内容30-32
• 1.3.1 研究意义30-31
• 1.3.2 研究内容31-32
• 第二章 模型试验及结果分析32-43
• 2.1 引言32-33
• 2.2 冲击荷载作用下淤泥土固结效应模型试验研究33-42
• 2.2.1 试验装置与冲击加载系统33
• 2.2.2 模型试验设计33-36
• 2.2.3 试验结果及固结效果分析36-42
• 2.3 本章小结42-43
• 第三章 静动真三轴系统及试验方法43-51
• 3.1 概述43
• 3.2 SPAX-2000改进型静动真三轴系统简介43-46
• 3.2.1 系统组成43-45
• 3.2.2 主要功能45
• 3.2.3 主要性能参数45-46
• 3.3 静动真三轴试验的误差讨论46-47
• 3.3.1 橡皮膜的影响46
• 3.3.2 孔隙水压力测量的影响46-47
• 3.4 淤泥土样制备及物理参数指标47
• 3.5 试验步骤47-50
• 3.5.1 试样的制备48-49
• 3.5.2 反压饱和49
• 3.5.3 试样固结49-50
• 3.5.4 试样冲击50
• 3.5.5 压缩剪切50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 三轴试验与结果分析51-82
• 4.1 引言51
• 4.2 三轴试验方案51-52
• 4.3 冲击试验结果及分析52-75
• 4.3.1 q-p关系52-57
• 4.3.2 q/p-体应变关系57-62
• 4.3.3 体应变-轴向应变关系62-67
• 4.3.4 偏应力-轴向应变关系67-75
• 4.4 剪切试验结果分析75-79
• 4.4.1 常规三轴剪切试验结果分析75-77
• 4.4.2 真三轴剪切试验结果分析77-79
• 4.5 本章小结79-82
• 第五章 本构模型研究及计算对比82-93
• 5.1 概述82
• 5.2 饱和淤泥土修正剑桥模型82-87
• 5.2.1 修正剑桥模型的推导83-84
• 5.2.2 修正剑桥模型参数的确定与拟合84-86
• 5.2.3 本构模型的验证与分析86-87
• 5.3 有限特征比本构关系基本理论及计算对比87-91
• 5.3.1 有限特征比本构模型简介87-89
• 5.3.2 模型参数确定89-90
• 5.3.3 饱和淤泥土有限特征比本构模型计算结果与试验结果对比90-91
• 5.4 修正剑桥模型与有限特征比模型的比较分析91-92
• 5.5 本章小结92-93
• 结论与展望93-96
• 参考文献96-100
• 攻读学位期间发表的论文100-102
• 致谢102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘律智;杨涛;马鹏真;;广州软土的压缩特性与修正剑桥模型参数λ和κ[J];水利与建筑工程学报;2016年01期

2 林伟弟;李彰明;罗智斌;;三轴冲击荷载作用下淤泥力学响应研究[J];岩土力学;2015年07期

3 李彰明;罗智斌;林伟弟;赖建坤;王茜;;高能量冲击下淤泥土体能量传递规律试验研究[J];岩土力学;2015年06期

4 龚哲;陈卫忠;于洪丹;马永尚;袁克阔;李香玲;;基于能量耗散修正的Boom clay上下加载面模型及其数值实施[J];岩石力学与工程学报;2015年06期

5 刘勇健;符纳;林辉;;冲击荷载作用下海积软土的动力释水规律研究[J];岩土力学;2014年S1期

6 李彰明;曾文秀;高美连;罗智斌;;典型荷载条件下淤泥孔径分布特征核磁共振试验研究[J];物理学报;2014年05期

7 张大军;李彰明;刘俊雄;;超软土地基静动力排水固结法处理的竖向排水体系影响因素分析[J];施工技术;2014年04期

8 李彰明;刘俊雄;;高能量冲击作用下淤泥孔压特征规律试验研究[J];岩土力学;2014年02期

9 李彰明;曾文秀;高美连;;不同荷载水平及速率下超软土水相核磁共振试验研究[J];物理学报;2014年01期

10 杨光华;温勇;钟志辉;;基于广义位势理论的类剑桥模型[J];岩土力学;2013年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 林伟弟;超软土静动力排水固结效应研究[D];广东工业大学;2015年

2 孙海伦;超软基静动力排水固结法残余力效应模型试验研究[D];广东工业大学;2015年

3 温子奇;循环荷载下珠三角地区饱和淤泥土力学响应特性研究[D];广东工业大学;2015年

4 曾文秀;静动力排水固结法处理超软土地基最佳冲击能研究[D];广东工业大学;2014年

5 刘俊雄;超软基静动力排水固结法处理冲击效应模型试验研究[D];广东工业大学;2014年

6 钱晓敏;超软基处理中静动力荷载与排水体系的适应关系研究[D];广东工业大学;2013年

7 符纳;静动力作用下超软土的固结特征及微观结构变化特征研究[D];广东工业大学;2013年

8 李德地;静动力排水固结法中土的力学性状真三轴试验研究[D];广东工业大学;2012年

9 王继果;动力排水固结法理论分析与工程应用研究[D];南京工业大学;2005年

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本文编号：948556