软土性状的温度效应

发布时间：2017-12-14 21:00

  本文关键词：软土性状的温度效应

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【摘要】：核废料埋置、高压电缆、能源桩(地热资源开发)、高温海底管道和供热管道等能源相关的基础工程建设日益增多,这些高温埋置结构周期性地改变了地基土体的温度。温度作为软土性状的重要影响因素,常常被岩土工程师们所忽略。在近五十年来,前人在软土性状温度效应的研究取得了丰硕的成果,但仍缺乏针对软土不排水升温或升温-降温循环后的强度和刚度方面的研究。本文通过理论方法、土单元实验以及管道模型实验对软粘土性状的温度效应进行系统的研究,本文主要做了如下工作:1.提出了温度相关参数θ与土体塑性指数Ip、液限wL之间的表达式;同时基于倾斜椭圆屈服面方程,引入温度相关参数θ,建立了可以考虑温度效应和各向异性的本构模型。与修正剑桥模型相比,本文模型只增加1个参数,使用方便。2.对GDS动三轴仪器进行了改造,研制了能够进行精确温控的三轴加载系统。通过新研制的温控三轴对紫金港粘土和高岭土进行了一系列实验,系统地研究了不同超固结比软土在不同排水升温条件、升温-降温循环等条件下的力学性状。3.实验发现温度对高岭土(Ip=28)的土体临界状态应力比M有较大影响,而对紫金港粘土(Ip=21)的影响较小。通过实验标定得到了温度与高岭土临界状态应力比M的关系式,并结合本文提出的本构模型对高岭土排水升温和升温-降温循环条件下的不排水剪切进行了计算,计算结果能够较好的反应土体强度的变化。4.理论推导了不排水升温条件下正常固结土升温产生的超孔压与温度的关系,基于高岭土的实验数据得到了可以考虑不同超固结比下土体不排水升温产生的超孔压与温度的显示表达式,并结合前文推导的本构模型,对高岭土不排水升温后的不排水剪切过程进行了模拟计算,计算结果与实验结果对比较好。5.开展了管道与土体轴向相互作用模型实验,研究了管道的排水升温、不排水升温和升温-降温循环对管道轴向强度和刚度的影响。实验发现最不利的工况发生在管道快速升温(对应不排水升温)过程中,此时管道周围土体中孔压值可达其初始竖向有效应力的40%左右,进而导致管道轴向峰值强度和残余强度下降约20%,管道轴向运动对土体的主要影响范围增大约40%。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU447
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本文编号：1289322