软黏土的动力特性与固结理论研究
发布时间：2020-12-09 16:15
随着国家海洋强国战略的推进,我国海洋工程快速发展。舟山群岛扼守我国东海大门,由于其特殊的地理位置,大批海岛建筑工程也相继上马,如在舟山群岛新区,舟岱跨海大桥、渔山岛绿色石化基地、即将开建的甬舟铁路工程等正在全面实施。然而,在复杂多变的海洋环境下,海相软黏土的力学行为极易受到地震、波浪、交通等动荷载的影响,从而造成土体稳定性下降,给工程建设和海洋基础设施运营带来巨大威胁。由于软黏土的特殊物理性质,同时兼具黏性和弹性,属于黏弹性土质,主要表现为流变性的特征。对于土体的固结理论的研究,最早由太沙基提出经典一维固结理论,但该理论具有一定的局限性,因此国内外学者基于该理论做了大量的完善和研究,发展至今已有了较好的研究成果。但针对于特殊土质软黏土的固结理论研究中,还未得到确定可靠的结论。因此本文加强探究海洋软黏土地质层在循环荷载作用下的动力特性具有十分重大的现实意义,并结合本次针对软黏土得到的动三轴实验结果,进一步探究饱和软黏土的一维固结问题,既可以完善软黏土的一维固结理论,同时也可为海岛地区基础设施建设和经济发展提供必要的技术与理论支持。主要工作与成果如下:1.基于WillE公司研制生产的动三轴...
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
WILLE动三轴仪Fig2-1WILLEdynamictriaxialinstrument
软黏土的一维固结理论与试验研究10表2-1不同地区土样基本物理力学参数Table2-1BasicPhysicalParametersofSoilSamplesinDifferentAreas地区孔隙比e0含水ω/%液限wl/%塑限wp/%密度ρg/cm3液性指数Il压缩系数αv/MPa-1灵敏度St舟山1.11445.2545.8323.341.8350.9740.7807.50温州[101]1.71059.0067.7028.011.6301.0201.9305.80宁波[102]1.20844.7043.2026.201.7971.0880.9723.20连云港[103]1.59868.7049.3625.381.6401.4171.3391.58天津[104]1.28746.9043.4025.901.7601.2000.9202.88福州[105]1.50168.0054.0125.001.5011.0482.031/广州[105]1.88077.0047.0030.001.5602..7652.0701.40图2-2粒径级配曲线Fig.2-2Particlesizegradingcurve2.3软黏土动力特性试验步骤2.3.1试样制备本次试验采用的试样直径为70.0mm，高度为140.0mm，试样制备大体过程如下：将取回来的原状土将其风干碾碎，过0.075mm的土工筛保证颗粒的均匀性。首先将三轴试样的成膜筒与底座安装好，通过对成膜筒抽真空使其橡胶模成膜筒内壁完全贴紧。将准备好的土样分五层击实4次，同时需注意每层装样的密实度，保证每次装样击实的次数基本一致，在最后一层装样时务必保证试样表面水平，其目的是为了保证三轴设备的顶部激振透与试样完全水平接触，避免在动荷载的加载工程中出现偏应力加载。最后将试样上部透水石与最上层试样完全接触，并用两条黑色橡胶圈进行密封。将成模筒连同试样一起装入三轴室内，并将试样与反压和孔压管道接通，利用真空机从反压阀门对试样内部抽真空，保证其试样成型，然后卸掉成模筒，试样即可成型，如图2-3所示。
第二章软黏土动力特性试验设备和试验内容11图2-3成型三轴试样Figure2-3moldingtriaxialspecimen2.3.2试样饱和本次试验所采用的的试样要求达到饱和状态，其饱和程度对试样的结果具有较大的影响。根据《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)规范要求，试验过程中试验的土样类别不同其饱和度要求也不一样，通常采用的饱和方法有真空饱和法、水头饱和法、反压饱和法、毛细管饱和法、浸水饱和法、毛细管饱和法。本次课题采用的是德国WILE公司生产的动三轴设备，装样过程与其他动三轴设备存在一定的差异，且本次所采用的试验土样为位于东海处舟山地区的海相软黏土，故本次试验将结合反压饱和法与手头饱和法对试样进行饱和，饱和过程如下：待将制备好的试样装入三轴室内后，首先将围压增加到50kPa，对试样进行预压保证其成型。其次选择试验测试模块为Saturation模块，通过水管将试样底部反压通道与无汽水设备连通进行无汽水水头饱和。控制底部反压阀门将水流速度控制足够小，使无汽水通过试样底部通道逐渐流进试样内部，且在此过程中打开上部阀门通道，待无汽水流通一定时间后，会发现上部通道的水管内有气泡逐渐排出。待气泡消失后上部通道流出无气水后，可结束无气水饱和过程，最后将试样底部通道与反压缸进行连通进行反压饱和。在反压饱和的过程中保持围压与反压的差值在20-30之间，可达到较好的反压饱和效果。本次饱和过程中围压采用200kPa，待反压饱和时间达到24小时后，可进行B值检测饱和效果。在进入到B值检测的测试模块后中，首先需要将底部反压阀门通道将其关闭，将围压增加50kPa，然后观察反压的增加值，根据反压的增加值与围压值得比值大小可判断饱和的状态。针对沙土B值检测结果需要达到98%以上，黏土则需要达到90%以上。由于本次试验?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分数阶流变模型的饱和软土一维流变固结[J]. 时刚,李永辉,刘忠玉. 地下空间与工程学报. 2019(05)
[2]考虑应力沿深度变化的饱和软黏土一维固结半解析解[J]. 王晋宝,童焯煜,何博,许光映. 应用数学和力学. 2019(10)
[3]饱和粉质黏土动弹性模量影响因素分析及骨干曲线模型研究[J]. 庄妍,朱伟,张飞. 中南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[4]基于非牛顿指数渗流和分数阶Merchant模型的一维流变固结分析[J]. 刘忠玉,崔鹏陆,郑占垒,夏洋洋,张家超. 岩土力学. 2019(06)
[5]任意荷载下双面半透水边界分数阶导数黏弹性饱和土层一维固结[J]. 李林忠,汪磊,李培超,孙德安. 工程地质学报. 2018(06)
[6]半透水边界下分数阶黏弹性饱和土一维固结特性分析[J]. 汪磊,李林忠,徐永福,夏小和,孙德安. 岩土力学. 2018(11)
[7]循环荷载作用下结构性软黏土动力特性试验研究[J]. 杨爱武,仲涛,张国军,赵梦生. 地震工程与工程振动. 2018(01)
[8]南海北部陆坡软黏土动力应变-孔压特性试验[J]. 年廷凯,焦厚滨,范宁,郭兴森,贾永刚. 岩土力学. 2018(05)
[9]分数阶导数黏弹性饱和土体一维固结半解析解[J]. 解益,李培超,汪磊,孙德安. 岩土力学. 2017(11)
[10]任意荷载下分数阶导数黏弹性饱和土体一维固结[J]. 汪磊,孙德安,解益,李培超. 岩土工程学报. 2017(10)
博士论文
[1]循环荷载作用下饱和黏土的力学性质研究[D]. 霍海峰.天津大学 2012
[2]工程粘性土微观结构的定量研究[D]. 吴义祥.中国地质科学院 1988
硕士论文
[1]各向异性超固结温州软黏土小应变剪切模量与剪切特性试验研究[D]. 郝兵兵.哈尔滨工业大学 2018
[2]循环荷载作用下饱和粉质黏土动力特性的试验研究[D]. 余周.西南交通大学 2014
[3]宁波软土一维固结特性及微观机理研究[D]. 杨勇超.浙江大学 2014
[4]交通荷载作用下结构性软土的动力特性及机理分析[D]. 姜岩.天津大学 2007
本文编号：2907135
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
WILLE动三轴仪Fig2-1WILLEdynamictriaxialinstrument
软黏土的一维固结理论与试验研究10表2-1不同地区土样基本物理力学参数Table2-1BasicPhysicalParametersofSoilSamplesinDifferentAreas地区孔隙比e0含水ω/%液限wl/%塑限wp/%密度ρg/cm3液性指数Il压缩系数αv/MPa-1灵敏度St舟山1.11445.2545.8323.341.8350.9740.7807.50温州[101]1.71059.0067.7028.011.6301.0201.9305.80宁波[102]1.20844.7043.2026.201.7971.0880.9723.20连云港[103]1.59868.7049.3625.381.6401.4171.3391.58天津[104]1.28746.9043.4025.901.7601.2000.9202.88福州[105]1.50168.0054.0125.001.5011.0482.031/广州[105]1.88077.0047.0030.001.5602..7652.0701.40图2-2粒径级配曲线Fig.2-2Particlesizegradingcurve2.3软黏土动力特性试验步骤2.3.1试样制备本次试验采用的试样直径为70.0mm，高度为140.0mm，试样制备大体过程如下：将取回来的原状土将其风干碾碎，过0.075mm的土工筛保证颗粒的均匀性。首先将三轴试样的成膜筒与底座安装好，通过对成膜筒抽真空使其橡胶模成膜筒内壁完全贴紧。将准备好的土样分五层击实4次，同时需注意每层装样的密实度，保证每次装样击实的次数基本一致，在最后一层装样时务必保证试样表面水平，其目的是为了保证三轴设备的顶部激振透与试样完全水平接触，避免在动荷载的加载工程中出现偏应力加载。最后将试样上部透水石与最上层试样完全接触，并用两条黑色橡胶圈进行密封。将成模筒连同试样一起装入三轴室内，并将试样与反压和孔压管道接通，利用真空机从反压阀门对试样内部抽真空，保证其试样成型，然后卸掉成模筒，试样即可成型，如图2-3所示。
第二章软黏土动力特性试验设备和试验内容11图2-3成型三轴试样Figure2-3moldingtriaxialspecimen2.3.2试样饱和本次试验所采用的的试样要求达到饱和状态，其饱和程度对试样的结果具有较大的影响。根据《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)规范要求，试验过程中试验的土样类别不同其饱和度要求也不一样，通常采用的饱和方法有真空饱和法、水头饱和法、反压饱和法、毛细管饱和法、浸水饱和法、毛细管饱和法。本次课题采用的是德国WILE公司生产的动三轴设备，装样过程与其他动三轴设备存在一定的差异，且本次所采用的试验土样为位于东海处舟山地区的海相软黏土，故本次试验将结合反压饱和法与手头饱和法对试样进行饱和，饱和过程如下：待将制备好的试样装入三轴室内后，首先将围压增加到50kPa，对试样进行预压保证其成型。其次选择试验测试模块为Saturation模块，通过水管将试样底部反压通道与无汽水设备连通进行无汽水水头饱和。控制底部反压阀门将水流速度控制足够小，使无汽水通过试样底部通道逐渐流进试样内部，且在此过程中打开上部阀门通道，待无汽水流通一定时间后，会发现上部通道的水管内有气泡逐渐排出。待气泡消失后上部通道流出无气水后，可结束无气水饱和过程，最后将试样底部通道与反压缸进行连通进行反压饱和。在反压饱和的过程中保持围压与反压的差值在20-30之间，可达到较好的反压饱和效果。本次饱和过程中围压采用200kPa，待反压饱和时间达到24小时后，可进行B值检测饱和效果。在进入到B值检测的测试模块后中，首先需要将底部反压阀门通道将其关闭，将围压增加50kPa，然后观察反压的增加值，根据反压的增加值与围压值得比值大小可判断饱和的状态。针对沙土B值检测结果需要达到98%以上，黏土则需要达到90%以上。由于本次试验?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分数阶流变模型的饱和软土一维流变固结[J]. 时刚,李永辉,刘忠玉. 地下空间与工程学报. 2019(05)
[2]考虑应力沿深度变化的饱和软黏土一维固结半解析解[J]. 王晋宝,童焯煜,何博,许光映. 应用数学和力学. 2019(10)
[3]饱和粉质黏土动弹性模量影响因素分析及骨干曲线模型研究[J]. 庄妍,朱伟,张飞. 中南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[4]基于非牛顿指数渗流和分数阶Merchant模型的一维流变固结分析[J]. 刘忠玉,崔鹏陆,郑占垒,夏洋洋,张家超. 岩土力学. 2019(06)
[5]任意荷载下双面半透水边界分数阶导数黏弹性饱和土层一维固结[J]. 李林忠,汪磊,李培超,孙德安. 工程地质学报. 2018(06)
[6]半透水边界下分数阶黏弹性饱和土一维固结特性分析[J]. 汪磊,李林忠,徐永福,夏小和,孙德安. 岩土力学. 2018(11)
[7]循环荷载作用下结构性软黏土动力特性试验研究[J]. 杨爱武,仲涛,张国军,赵梦生. 地震工程与工程振动. 2018(01)
[8]南海北部陆坡软黏土动力应变-孔压特性试验[J]. 年廷凯,焦厚滨,范宁,郭兴森,贾永刚. 岩土力学. 2018(05)
[9]分数阶导数黏弹性饱和土体一维固结半解析解[J]. 解益,李培超,汪磊,孙德安. 岩土力学. 2017(11)
[10]任意荷载下分数阶导数黏弹性饱和土体一维固结[J]. 汪磊,孙德安,解益,李培超. 岩土工程学报. 2017(10)
博士论文
[1]循环荷载作用下饱和黏土的力学性质研究[D]. 霍海峰.天津大学 2012
[2]工程粘性土微观结构的定量研究[D]. 吴义祥.中国地质科学院 1988
硕士论文
[1]各向异性超固结温州软黏土小应变剪切模量与剪切特性试验研究[D]. 郝兵兵.哈尔滨工业大学 2018
[2]循环荷载作用下饱和粉质黏土动力特性的试验研究[D]. 余周.西南交通大学 2014
[3]宁波软土一维固结特性及微观机理研究[D]. 杨勇超.浙江大学 2014
[4]交通荷载作用下结构性软土的动力特性及机理分析[D]. 姜岩.天津大学 2007
本文编号：2907135
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