成层结构性软土非线性大应变流变固结理论研究

发布时间：2020-08-21 17:59

【摘要】：天然软土具有成层性、结构性、高压缩性、流变性等特点,其广泛分布于我国沿海、沿江地区。然而随着我国经济的飞速发展,在这些地区进行大型基础设施建设时,将要面临地基沉降等问题的挑战。因此结合软土的工程特点,建立更加适合的模型,展开更系统深入的固结理论研究显得十分必要。目前的固结理论还没有能全面考虑土体自身的成层性、结构性、流变性、以及软土层在固结过程中几何非线性、材料非线性、压缩和渗流非线性变化等特点。因此进行成层结构性软土的非线性大、小应变流变固结理论研究具有重要的理论和实际意义。本文主要采用解析和半解析的方法,从成层软土地基固结理论研究出发,逐步进行单层和成层结构性软土小应变和大应变固结理论、成层结构性软土小应变和大应变流变理论的研究,深入分析了结构性软土固结的性状及相关土体参数的影响。主要工作和创新成果如下:(1)采用分离变量法、矩阵递推法、Duhamel积分法先后推导瞬时荷载和任意荷载下成层软土的一维非线性固结解析解,潜水层和承压水层抽水导致水位随时间下降时成层软土固结解析解,并深入分析了两种排水条件下,成层软土地基各土层压缩性、渗透性、厚度以及外荷载等因素对固结性状的影响。(2)根据以往的实验研究,建立了能考虑土体结构性的非线性压缩模型、渗透模型、结构屈服应力计算模型,并基于该模型,详细分析了单层结构性软土地基在单面排水和双面排水两种情况下土体的固结过程,采用半解析的方法进行了求解,通过与已有的解答进行对比,验证求解结果的正确性。在此基础上对成层结构性软土地基非线性固结问题进行了研究。探讨了外荷载、土体参数非线性变化、不同压缩模型、结构性等因素对土体的固结度、沉降以及超静孔压分布的影响。(3)综合考虑土体的沉积作用、结构性、成层性、土体在固结过程中的几何非线性和材料非线性变化、建立结构性软土一维非线性大应变固结模型,在此基础上采用半解析法分别对单层和成层地基的非线性大应变固结问题进行了求解,并进行了验证,进而与小应变固结理论和不考虑土体结构性的大应变固结理论进行了对比,结果发现:荷载相同时,结构性软土小应变固结理论计算得到的固结度大于大应变理论的计算值,而小应变理论计算得到的沉降值小于大应变理论的计算值,不考虑结构性计算得到的沉降显著大于考虑结构性的计算结果。(4)基于YinGraham平行等效时间线模型,建立了考虑土体结构性的软土平行等效时间线流变模型,并对成层地基一维流变固结问题进行研究。然后根据次固结系数随应力水平变化的规律,对平行等效时间线模型进行了改进,建立了非平行等效时间线模型,并将其引入一维非线性固结问题中进行解答。最后建立了结构性软土的非平行等效时间线模型,采用半解析的方法对成层地基一维流变固结问题进行求解,并探讨了土体流变性对固结性状影响的规律。(5)全面考虑土体的成层性、结构性、流变性、沉积作用、固结过程中几何非线性、材料非线性、压缩和渗流非线性以及变荷载等,分别基于结构性软土平行和非平行等效时间线模型对成层结构性软土非线性大应变流变固结问题进行了求解,探讨了影响固结性状的诸多因素,并与其它理论进行了对比分析。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU447
【图文】：

软黏土,孔隙,概念图,微观结构

土片之间的小孔隙，Ｂ类孔隙为黏土团粒之间的孔隙，Ｃ类孔隙为黏土片通过边－边接触逡逑和边－面接触组成的孔隙，Ｄ类孔隙为黏土团粒通过边－边接触和边－面接触组成的孔隙，逡逑如图１．１所示。逡逑逦逦外部孔隙逡逑边－面接触逦－Ｖ逦．逡逑边－边接触逦’’邋黏土片逡逑岕＝＾１％：邋＝逡逑Ｂ类孔隙逦逦面－面接触逡逑图１．１软黏土微观结构及孔隙概念图逡逑（３）结构性土与超固结土的区别逡逑由于结构性土的压缩曲线与超固结土较为相似，其表现出拟超固结或表观超固结的逡逑特性，在工程实践中两者经常被混淆为同一概念，甚至有学者仍用ＯＣＲ来表示结构屈逡逑服应力与初始有效应力的比值，这显然是不严谨的。由前文可知，从成因上看，两者就逡逑有显著的区别，超固结土主要与土体应力历史有关，即历史上曾受过大于目前上覆土重逡逑的先期固结压力，其形成与卸载、侵蚀等相关。而结构性土仍为正常固结土，即先期固逡逑结压力与目前上覆土重相等，导致其表现出拟超固结现象的原因主要是土颗粒的化学胶逡逑结作用。两者在同一应力水平下，由于超固结土已经经历过较大荷载的作用，土体成压逡逑密状态

曲线,压缩曲线,结构性,重塑土

存在明显的结构屈服应力点，当有效应力小于结构屈服应力时，压缩性较小，当有效应逡逑力大于结构屈服应力时，压缩性显著增大，并逐渐与重塑土的压缩曲线平行，典型的结逡逑构性软土压缩曲线如图１．２所示。逡逑Ｉ＾Ｃ逡逑ｅ0逦Ｖ逦？邋ｚｏｎｅ－１邋ｆ逡逑Ｎｖ逦＼邋＾Ｕｎｄｉｓｔｕｒｂｅｄ逡逑Ｘ邋＼邋ｓ，ａ，ｅ逡逑0逦Ｒｅｍｏｕｌｄｅｄ邋＼逦＼0逡逑３邋Ｘ逡逑Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ，邋（ｌｏｇ邋ｓｃａｌｅ）逡逑图１．２典型的结构性软土压缩曲线（Ｎａｇａｒａｊ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋１９９０）逡逑通过对温州结构性原状土和重塑土进行不同加压率下的固结试验，王立忠等（２００２，逡逑２００４）发现结构性原状土室内ｅ－ｌｇｐ压缩曲线为前缓后陡形，由于土体结构性强弱的不逡逑同，当应力超过结构屈服应力后，结构性弱的土体表现出一段压缩曲线，而结构性强的逡逑土体表现出两段压缩曲线。据此并结合世界各地的土样压缩曲线，提出了新的原位压缩逡逑曲线确定方法。逡逑Ｃｈａｉ邋ｅｔａｌ．邋（２００４）等通过试验以及与前人的研究对比

示意图,示意图,瞬时荷载,非线性固结

２．２．１瞬时荷载作用成层软土一维非线性固结解析解逡逑（１）问题描述逡逑如图２．１所示，饱和软土层厚度为土层数为》。第／层土的厚度、底面距离地表逡逑１５逡逑

【相似文献】