工程碎石土基本力学特性与强夯加固机理研究

发布时间：2018-04-17 10:00

本文选题：碎石土 + 力学特性　；参考：《北京科技大学》2015年博士论文

【摘要】：随着经济的快速发展,我国采用爆破或者机械开挖方式获取碎石土,填海或山谷获得了大片人造场地,面对这些疏松且回填厚度不均匀的工程碎石土,人们对其基本力学特性和强夯加固机理的认识尚不深入,针对这方面开展研究,具有重要的理论和工程现实意义。本文围绕工程碎石土的基本力学特性和强夯加固的细观、宏观作用机理开展研究,主要内容包括：(1)通过击实试验和直剪试验发现,工程碎石土存在一个最佳粗细料混合比例,此时其最大干密度和剪切强度指标达到峰值或最优组合；最佳粗细料混合比例一般为粗粒土含量占70-80%,细粒土的含水量宜低于其塑限3-4%。通过三轴试验,获得了碎石土在三轴应力作用下的应力应变关系,发现了其三轴压缩和拉伸强度表现的差异。颗粒破碎试验发现随着围压的增大,相应的破碎参量呈一定规律增长。(2)提出了针对工程碎石土的双屈服面本构模型——PMC-Clay模型,该模型能够反映碎石土在不同应力状态下的强度差异,并可以考虑中间主应力的影响。模型根据破坏机理把应力空间分为3种模式：剪切破坏、体积屈服和受拉破坏；模型剪切破坏边界由PMC强度理论确定,体积屈服边界利用修正剑桥模型确定,受拉破坏采用抗拉强度截断。针对上述三个破坏模式分别构建了塑性流动法则：剪切破坏采用非关联塑性流动法则,体积屈服应用相关联塑性流动法则,拉破坏应用相关联塑性流动法则；模型硬化／软化准则借鉴真强度理论,基于塑性应变硬化假设,以列表形式设定；提出了2种依据试验数据的参数拟合方法。(3)在强夯冲击作用下,碎石土的密实细观机理包括4种作用,颗粒破碎、颗粒排列和接触方式变化、孔隙变化和颗粒移动填充。颗粒破碎试验揭示了相对颗粒破碎率与围压的正相关关系,并确定了合理的拟合公式；颗粒破碎明显改善了碎石土的级配情况,使之更易达到密实状态,这是强夯加固碎石土的重要细观机理。通过对颗粒流理论PFC2D的二次开发,基于颗粒间滞回阻尼接触模型,建立了可以模拟碎石土强夯加固过程的细观颗粒流模型,模拟结果表明,碎石土强夯的加固机理实际上是强夯影响区域内颗粒数目增加以及颗粒长轴不断趋于定向排列共同作用的结果。(4)将PMC-Clay模型算法在有限差分分析软件FLAC3D中实现,对碎石土的强夯加固过程进行了数值模拟分析,研究了碎石土地基在强夯冲击力作用下的动力响应、变形及压密情况的宏观机理；通过群夯数值模拟,比较了不同夯点布置间距时的加固效果,确定了有效而经济的夯点布置参数。依据相似原理,设计了强夯法的室内模型试验装置,研究了夯击过程中土层位移、应力的发展和分布规律。提出了综合考虑夯击能量、受夯土体特性和夯锤尺寸等因素的强夯有效加固深度计算公式,通过7个工程案例检验对比,公式计算值与实测结果吻合程度很高,验证了公式在描述碎石土强夯有效加固深度方面的合理性和准确性。(5)开展了不同粗粒料含量碎石土的强夯地基处理工程试验,检测发现,采用最佳粗细料混合比例的试夯区,其密实状态、地基土平均波速、地基承载力和变形模量等参数均比照其它试夯区有明显优势。确定的碎石土分层填筑一逐层强夯施工工艺在工程背景应用中获得了成功。
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【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU43;TU472.31

【参考文献】