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《天津大学》 2010年
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天津滨海新区新近吹填软黏土的流变特性及非线性流变本构模型研究

刘克瑾  
【摘要】:近年来随着天津滨海新区的迅速发展,对土地的需求不断增加,填海造陆工程的规模越来越大。天津滨海新区的建筑物和结构物大都建立在新近吹填形成的软黏土地基上,这种地基虽经真空预压加固,在较大荷载作用时,不但会产生弹性变形和塑性变形,还会发生随时间发展的变形,即流变变形。这种现象在荷载施加初期软黏土地基的固结度较低时尤其明显,在结构物或构筑物的施工期引发了各种工程问题,造成了巨大的经济损失。流变引起的工程问题涉及岩土工程的许多方面。例如,(1)地基承载力问题:软黏土地基上的超载引起的地基土破坏范围远远超出传统的承载力理论估算的结果;(2)边坡稳定问题:远离软黏土土坡计算的危险滑动面的荷载会引起大面积的边坡滑动破坏;(3)土压力问题:在传统土压力理论计算的影响土压力的范围之外的堆载会使基坑支护结构产生过量变形。对于此类问题,用传统的土力学理论还不能做出较为合理的解释。此外,实际土体变形和强度在加荷后的相对较短时间内即产生明显变化,与常谓的蠕变问题(研究荷载不变而变形在较长时间内的发展规律的课题)也不相同。本文密切结合滨海新区的地质特点和实际工程,针对施工期土体的塑性流动变形问题进行研究,力图搞清新近吹填成陆的软黏土地基在不同应力状态下的流变变形机理,建立能够正确反映其变形特性的本构关系模型和分析计算方法,并用以指导工程实践。本文主要进行了以下几个方面的研究与探索: 1.对取自天津滨海新区建设场地的原状土进行了系统的室内岩土力学流变试验。为进行这种特殊试验,将传统的三轴仪改装成专门仪器并研制了加荷设备。试验前后对试样的强度采用ELE公司研制的贯入仪分别进行了测试。根据试验结果分析研究了软黏土变形随时间增长的规律以及强度变化。 2.为了了解软黏土塑性流变的本质,需要涉及多学科的知识。本文综合运用固体力学、流体力学和土力学的相关理论,对软黏土塑性流变的机理进行了分析探讨。 3.建立了非线性流变本构模型。以室内实验数据为基础,运用连续介质力学的基本理论,通过参数拟合和数值模拟技术,建立了适用于滨海新区新近吹填软黏土的非线性流变本构模型。 4.借助商业软件完成了理论模型的数值实现。通过编程将建立的非线性流变本构模型形成UMAT子程序,经接口引入普遍应用的商业软件ABAQUS对其进行二次开发,充分利用其强大的前处理、后处理功能和先进的数值模拟技术以解决实际工程问题。 5.工程实际应用实例。采用所建立的计算工具,对一些天津滨海新区的实际工程问题破坏实例进行了模拟计算分析,包括软黏土的地基承载力问题和边坡稳定问题。计算结果与工程实际情况有较好的一致性。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU442

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【参考文献】
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