考虑时间效应的高填方减载明洞土压力变化规律研究
发布时间：2021-09-19 10:36
由于西部地区特殊的地形条件,出现了很多高回填明洞结构,而关于考虑填料蠕变性能的高填方明洞周围土压力随时间的变化规律研究鲜有报道。本文通过有限差分软件FLAC3D数值模拟,考虑回填材料的蠕变性能,分析了减载前后的高填方明洞周围土压力变化规律,并对影响明洞周围土压力的因素（槽宽比和边坡角度）进行了研究,主要研究内容和结论如下:（1）通过对岩土体流变特性和岩土体蠕变模型发展历程的总结分析,确定了回填材料及减载材料采用Burgers模型。根据蠕变试验所得的应变-时间关系曲线,采用Origin数据软件分别拟合出回填材料及减载材料在不同固结压力下的4个模型参数值。（2）利用FLAC3D软件建立原始模型槽宽比为1、边坡角度70°明洞数值模型,考虑回填材料总的蠕变时间为8000天。通过蠕变计算分析得出:蠕变效应主要集中发生在前2000天,明洞上方各层填料土压力随蠕变时间皆经历线性增长—增速下降—最终平稳三个阶段。（3）通过在明洞洞顶回填压实度较低的填土（低压实土）来到达减载的目的。并采取两种不同的回填材料对比分析蠕变完成后土压力变化规律,计算结果表明:采用不同的回填材料,蠕变稳定后明洞周围土压力的分布...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
西部高原地区地形图
兰州交通大学硕士学位论文-7-上面所提的几种流变特性，在实际工程中一般蠕变发生频率最高，对实际工程产生的危害、影响也最大，目前对于蠕变的研究较为常见。如下图2.1所示，随着时间的推移，土壤蠕变变形的发展规律有两个主要趋势，衰减蠕变规律和非衰减蠕变规律。(a)衰减蠕变(b)非衰减蠕变图2.1土的典型蠕变曲线衰减蠕变：在土壤上施加的恒定荷载比较小时，土体的蠕变变性率将随着时间的增长而逐渐减慢，并最终无线接近零。相应地，蠕变变形量最终趋向于某个极限稳定值，该极限值与所承受的荷载大小关系紧密。如图2.1（a）所示。非衰减蠕变：当岩土体上恒定的外部载荷达到或超过某个极限荷载时，随着时间的发展，岩土体的蠕变变形率将呈现出以下几个主要的阶段。如图2.1(b)所示，非衰减性蠕变可以分为以下三个区段：Ⅰ（AB段）—起始蠕变（衰减蠕变）阶段；Ⅱ（BC段）—较为稳定蠕变（等速蠕变）阶段；Ⅲ（CD段）—加速蠕变阶段。其中，在阶段Ⅰ中，土体的变形趋势随着时间的变化而逐渐增大，不过其增大速率逐渐放慢；在Ⅱ（BC段）中，随着时间的变化土体的位移以匀速增加，土体的变形速率比较恒定，常数。与其他阶段相比较，第Ⅱ（BC段）阶段持续时间比较长，但是土体的破坏是发生在第Ⅲ阶段，这一阶段也称为破坏阶段，进入到该阶段后，由于土体的变形速率加快，因而导致产生破坏现象。不过，在一维侧限蠕变试验中，通常土体受到侧向的约束，不会在侧
兰州交通大学硕士学位论文-11-图2.2伯格斯模型(Burgers)由图2.2可知，该模型表达了土样在Ⅰ瞬时变形阶段、Ⅱ衰减蠕变阶段和Ⅲ等速蠕变阶段的蠕变变形随时间的变化规律，可以很好地模拟具有瞬时弹性变形、过渡蠕变、等速蠕变及卸载后有残余变形的岩土体，分别对应瞬时弹性元件模型一粘弹性元件模型一粘性元件模型，与非饱和重塑填料一维蠕变试验的应变-时间关系曲线规律一致，从理论机理上说明了Burgers模型适用于填料蠕变，可以合理的体现填料流变特性。其蠕变方程为tEEtEtKKMMM）（000exp1（2.4）式中ME为材料弹性模量，KE为材料粘弹性模量，M、K为材料粘性系数。根据张豫川蠕变试验结果[2]，运用Burgers模型对不同荷载作用下的压实土体的应变时间关系拟合，具有很高的精确性，除个别外，相关系数都能达到0.95以上。不同荷载作用下的压实土体竖向变形与Burgers模型拟合的曲线基本重叠在一起，说明应用Burgers模型可以很好地表征回填材料及减载材料蠕变特征，因此本文应用Burgers模型。2.3.2蠕变模型参数计算确定出合理的填料蠕变本构方程后，还需要根据具体的填料蠕变试验数据确定出正确的蠕变模型参数，以保证数值计算结果的正确性。通常通过拟合试验获得的应变—时间关系曲线来获得Burgers模型的四个参数。从而获得在不同固结压力下不同土壤样品的四个不确定的参数值。将参数值代入蠕变方程以获得计算值，并对由Burgers模型得到的计算结果和试验结果对比以验证准确性。利用Origin软件对试验数据进行拟合,拟合所得填料初始参数。因每层填料所受荷载不同，所以各层填料蠕变参数有所不同。各层填料参数确定方法为：○1计算填方完成
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于黄土蠕变试验的高填方地基沉降的数值模拟[J]. 张豫川,高飞,吕国顺,马超,赵野. 科学技术与工程. 2018(30)
[2]基于土压力集中效应的超厚填土明洞荷载计算方法研究[J]. 匡亮. 土木工程学报. 2017(S2)
[3]基于一维固结试验的压实黄土蠕变模型[J]. 葛苗苗,李宁,郑建国,张继文,朱才辉. 岩土力学. 2015(11)
[4]考虑二期荷载的高填明洞加筋减载土压力计算[J]. 李盛,马莉,王起才,李建新,李善珍,张延杰. 岩土力学. 2015(11)
[5]结构性对压实黄土无侧限压缩特性的影响[J]. 陈存礼,蒋雪,苏铁志,金娟,李文文. 岩石力学与工程学报. 2014(12)
[6]高填黄土明洞土拱效应及土压力减载模型分析[J]. 李盛,王起才,马莉,李建新,李伟龙. 土木工程学报. 2014(07)
[7]黄土地区高填土明洞土拱效应及土压力减载计算[J]. 李盛,王起才,马莉,李建新,李伟龙. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[8]高填土明洞土压力减载计算[J]. 李盛,王起才,马莉,曹亚东. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(11)
[9]明洞顶垂直土压力性状及土工格栅减载方案研究[J]. 赵鹏,王起才,李盛,王元,陈松. 兰州交通大学学报. 2013(04)
[10]加筋减载涵洞的涵顶土压力计算[J]. 郑俊杰,马强,张军. 岩土工程学报. 2011(07)
硕士论文
[1]沟槽式高填黄土减载明洞结构优化及其截面设计研究[D]. 卓彬.兰州交通大学 2019
[2]黄土高填方明洞土压力减载及力学特性研究[D]. 赵鹏.兰州交通大学 2014
[3]高填方涵洞EPS减荷技术应用研究[D]. 姚学瑞.长安大学 2011
本文编号：3401456
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
西部高原地区地形图
兰州交通大学硕士学位论文-7-上面所提的几种流变特性，在实际工程中一般蠕变发生频率最高，对实际工程产生的危害、影响也最大，目前对于蠕变的研究较为常见。如下图2.1所示，随着时间的推移，土壤蠕变变形的发展规律有两个主要趋势，衰减蠕变规律和非衰减蠕变规律。(a)衰减蠕变(b)非衰减蠕变图2.1土的典型蠕变曲线衰减蠕变：在土壤上施加的恒定荷载比较小时，土体的蠕变变性率将随着时间的增长而逐渐减慢，并最终无线接近零。相应地，蠕变变形量最终趋向于某个极限稳定值，该极限值与所承受的荷载大小关系紧密。如图2.1（a）所示。非衰减蠕变：当岩土体上恒定的外部载荷达到或超过某个极限荷载时，随着时间的发展，岩土体的蠕变变形率将呈现出以下几个主要的阶段。如图2.1(b)所示，非衰减性蠕变可以分为以下三个区段：Ⅰ（AB段）—起始蠕变（衰减蠕变）阶段；Ⅱ（BC段）—较为稳定蠕变（等速蠕变）阶段；Ⅲ（CD段）—加速蠕变阶段。其中，在阶段Ⅰ中，土体的变形趋势随着时间的变化而逐渐增大，不过其增大速率逐渐放慢；在Ⅱ（BC段）中，随着时间的变化土体的位移以匀速增加，土体的变形速率比较恒定，常数。与其他阶段相比较，第Ⅱ（BC段）阶段持续时间比较长，但是土体的破坏是发生在第Ⅲ阶段，这一阶段也称为破坏阶段，进入到该阶段后，由于土体的变形速率加快，因而导致产生破坏现象。不过，在一维侧限蠕变试验中，通常土体受到侧向的约束，不会在侧
兰州交通大学硕士学位论文-11-图2.2伯格斯模型(Burgers)由图2.2可知，该模型表达了土样在Ⅰ瞬时变形阶段、Ⅱ衰减蠕变阶段和Ⅲ等速蠕变阶段的蠕变变形随时间的变化规律，可以很好地模拟具有瞬时弹性变形、过渡蠕变、等速蠕变及卸载后有残余变形的岩土体，分别对应瞬时弹性元件模型一粘弹性元件模型一粘性元件模型，与非饱和重塑填料一维蠕变试验的应变-时间关系曲线规律一致，从理论机理上说明了Burgers模型适用于填料蠕变，可以合理的体现填料流变特性。其蠕变方程为tEEtEtKKMMM）（000exp1（2.4）式中ME为材料弹性模量，KE为材料粘弹性模量，M、K为材料粘性系数。根据张豫川蠕变试验结果[2]，运用Burgers模型对不同荷载作用下的压实土体的应变时间关系拟合，具有很高的精确性，除个别外，相关系数都能达到0.95以上。不同荷载作用下的压实土体竖向变形与Burgers模型拟合的曲线基本重叠在一起，说明应用Burgers模型可以很好地表征回填材料及减载材料蠕变特征，因此本文应用Burgers模型。2.3.2蠕变模型参数计算确定出合理的填料蠕变本构方程后，还需要根据具体的填料蠕变试验数据确定出正确的蠕变模型参数，以保证数值计算结果的正确性。通常通过拟合试验获得的应变—时间关系曲线来获得Burgers模型的四个参数。从而获得在不同固结压力下不同土壤样品的四个不确定的参数值。将参数值代入蠕变方程以获得计算值，并对由Burgers模型得到的计算结果和试验结果对比以验证准确性。利用Origin软件对试验数据进行拟合,拟合所得填料初始参数。因每层填料所受荷载不同，所以各层填料蠕变参数有所不同。各层填料参数确定方法为：○1计算填方完成
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于黄土蠕变试验的高填方地基沉降的数值模拟[J]. 张豫川,高飞,吕国顺,马超,赵野. 科学技术与工程. 2018(30)
[2]基于土压力集中效应的超厚填土明洞荷载计算方法研究[J]. 匡亮. 土木工程学报. 2017(S2)
[3]基于一维固结试验的压实黄土蠕变模型[J]. 葛苗苗,李宁,郑建国,张继文,朱才辉. 岩土力学. 2015(11)
[4]考虑二期荷载的高填明洞加筋减载土压力计算[J]. 李盛,马莉,王起才,李建新,李善珍,张延杰. 岩土力学. 2015(11)
[5]结构性对压实黄土无侧限压缩特性的影响[J]. 陈存礼,蒋雪,苏铁志,金娟,李文文. 岩石力学与工程学报. 2014(12)
[6]高填黄土明洞土拱效应及土压力减载模型分析[J]. 李盛,王起才,马莉,李建新,李伟龙. 土木工程学报. 2014(07)
[7]黄土地区高填土明洞土拱效应及土压力减载计算[J]. 李盛,王起才,马莉,李建新,李伟龙. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[8]高填土明洞土压力减载计算[J]. 李盛,王起才,马莉,曹亚东. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(11)
[9]明洞顶垂直土压力性状及土工格栅减载方案研究[J]. 赵鹏,王起才,李盛,王元,陈松. 兰州交通大学学报. 2013(04)
[10]加筋减载涵洞的涵顶土压力计算[J]. 郑俊杰,马强,张军. 岩土工程学报. 2011(07)
硕士论文
[1]沟槽式高填黄土减载明洞结构优化及其截面设计研究[D]. 卓彬.兰州交通大学 2019
[2]黄土高填方明洞土压力减载及力学特性研究[D]. 赵鹏.兰州交通大学 2014
[3]高填方涵洞EPS减荷技术应用研究[D]. 姚学瑞.长安大学 2011
本文编号：3401456
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