基于非饱和土三轴试验的季冻区深基坑冻胀破坏机理研究

发布时间：2021-06-27 20:23

　　季节性冻土区域分布广泛且该区域土体普遍处于非饱和状态。季冻区非饱和土中的深基坑工程,因土体的特殊性、支护结构的临时性,在设计中未能正确考虑土体的冻胀,从而造成越冬深基坑工程事故频发。因此,文章在非饱和土三轴试验基础上,采用数值模拟分析方法,对季冻区非饱和土体中深基坑在冻胀作用下的破坏机理进行深入研究,主要成果如下:一、对季冻区土体、非饱和土体、冻胀及冻胀机理的国内外研究现状做了详细的总结,并对国内季冻区深基坑支护结构应用现状做了全面的论述。二、结合现有研究成果,对非饱和土的基本性质、冻胀力产生机理、非饱和土中冻胀力的影响因素、深基坑冻胀破坏类型及原因进行了理论分析。三、室内试验结果分析表明:在冻结过程中,随着温度的降低,土体的黏聚力逐渐增大且增幅逐渐升高,内摩擦角逐渐减小且减小幅度呈先升后降趋势;一个冻结融化过程后,土体的黏聚力、内摩擦角均减小,强度降低;非饱和土的强度指标随着饱和度（基质吸力）的变化而变化,其中,在一定饱和度（基质吸力）范围内,黏聚力随饱和度的减小逐渐增大且增加幅度降低,内摩擦角随饱和度的减小略有降低并逐渐趋于稳定。四、数值模拟结果分析表明:比较多种本构模型,其中Mo... 

【文章来源】：吉林建筑大学吉林省

【文章页数】：169 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究目的及意义
        1.1.1 研究目的
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 季冻区土体研究现状
        1.2.2 非饱和土体研究现状
        1.2.3 冻胀及冻胀机理研究现状
        1.2.4 国内季冻区深基坑支护结构应用现状
        1.2.5 研究现状分析
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
第2章 非饱和土体及支护结构冻胀破坏理论分析
    2.1 非饱和土的基本性质
        2.1.1 基质吸力
        2.1.2 土-水特征曲线
    2.2 冻胀力产生的原因及分类
        2.2.1 水平冻胀力
        2.2.2 法向冻胀力
        2.2.3 切向冻胀力
    2.3 非饱和土中冻胀力的影响因素分析
        2.3.1 影响冻胀力的内因
        2.3.2 影响冻胀力的外因
        2.3.3 影响因素分析
    2.4 深基坑桩锚支护冻胀破坏类型及原因
    2.5 本章小结
第3章 非饱和土抗剪强度特性试验研究
    3.1 概述
    3.2 试验仪器简介
        3.2.1 仪器设备
        3.2.2 试验设备工作原理
    3.3 试样制备
    3.4 试验前准备工作
        3.4.1 制备无气水
        3.4.2 饱和陶土板
    3.5 试验方案
        3.5.1 不同温度下的抗剪强度指标
        3.5.2 不同基质吸力下的抗剪强度指标
    3.6 试验步骤
        3.6.1 安装试样
        3.6.2 安装内压力室
        3.6.3 安装外压力室
        3.6.4 传感器、控制器读数调整
        3.6.5 电脑软件操控试验
    3.7 试验结果及分析
        3.7.1 非饱和土强度理论
        3.7.2 温度控制下的试验结果及分析
        3.7.3 基质吸力控制下的试验结果及分析
        3.7.4 土-水特征曲线的测定及拟合
    3.8 本章小结
第4章 基于FLAC3D的非饱和土中深基坑支护结构冻胀破坏数值模拟研究
    4.1 FLAC3D软件介绍及应用
        4.1.1 FLAC3D及5.0版本概述
        4.1.2 FLAC3D数学力学原理
        4.1.3 FLAC3D在深基坑工程中的应用
    4.2 基坑工程中FLAC3D本构模型的选择
        4.2.1 Mohr-Coulomb Model
        4.2.2 Modified Cam-Clay Model
        4.2.3 Cysoil Model
    4.3 基于FLAC3D的数值模拟方案
    4.4 深基坑支护结构模型建立
        4.4.1 模拟计算基本假定及开挖工况
        4.4.2 模型网格创建与划分
        4.4.3 参数及边界条件确定
        4.4.4 本构模型选择
        4.4.5 初始应力平衡
    4.5 不同影响因素下冻胀破坏数值模拟结果及分析
        4.5.1 温度
        4.5.2 饱和度
        4.5.3 强度指标
    4.6 不同情况下基坑冻胀破坏结果比较分析
        4.6.1 温度变化影响
        4.6.2 饱和度变化影响
        4.6.3 强度指标变化影响
    4.7 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
研究生期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型非饱和土温控三轴试验系统的研制与初步应用[J]. 李剑,王勇,孔令伟,汪明元,程朋,马永政.  岩土工程学报. 2018(03)
[2]准饱和正冻土水热力耦合模型的扩展有限元程序研发[J]. 何敏,冯孝鹏,李宁.  岩石力学与工程学报. 2017(11)
[3]反复冻融作用下粉质黏土的微观分形特征研究[J]. 李楠,王天亮,徐昌,吴泽,王海航,程博远.  铁道标准设计. 2017(10)
[4]冻土中气态水迁移及其对土体含水率的影响分析[J]. 贺佐跃,张升,滕继东,姚仰平,盛岱超.  岩土工程学报. 2018(07)
[5]非饱和黏土状态相关本构模型的数值实现[J]. 李舰,韦昌富,刘艳.  岩土力学. 2017(10)
[6]冻融循环对高含水量黄土压缩变形特性的影响[J]. 赵轩,杨更社,田俊峰,魏尧,叶万军.  地下空间与工程学报. 2017(04)
[7]饱和土在单向冻结过程中的水-热-力耦合分析[J]. 罗会武,刘恩龙.  防灾减灾工程学报. 2017(04)
[8]冻融条件下重塑黄土渗透规律试验分析[J]. 许健,王掌权,任建威,袁俊.  西北农林科技大学学报(自然科学版). 2017(07)
[9]冻融循环作用下黄土的孔隙特征试验[J]. 张泽,周泓,秦琦,邴慧,武俊杰,周攀峰.  吉林大学学报(地球科学版). 2017(03)
[10]土体冻胀试验系统的研制与应用[J]. 马宏岩,张锋,冯德成,周志.  北京工业大学学报. 2017(09)



本文编号：3253545