收藏本站
《大连理工大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

孔扩张理论研究及其在静力触探技术中的应用

李波  
【摘要】: 静力触探土工原位测试技术是获得土性参数较准确的方法之一,多年来受到岩土工程界的广泛重视。该技术是通过将带有探头的锥杆匀速贯入土中,用传感器来测探头上的阻力q_c、锥杆侧壁摩阻力f_s及探头或锥杆上的超孔隙水压力△u。利用测试结果,可以进行土层划分、辨别土性、确定土的物理力学性质及确定地基土的承载力等,具有较高的精度。在q_c、f_s、△u三者之中,q_c的应用最广泛。在实际生产中通常利用数理统计的方法建立锥头阻力和土的工程特性之间的各种相关关系,处于经验阶段。对锥头阻力进行近似理论分析研究是很必要的,是本论文研究的目的之一。在揭示静力触探贯入机理方面,主要应用刚塑性理论的纯剪切理论。而实际上静力触探在一定深度的土层中连续贯入,是高应力水平下探头周围附近土体大应变的塑性破坏与更外围土体小应变的弹性变形共同作用的结果。无限土体中孔扩张理论能够很好地考虑土体的压缩机理而被广泛用于解决静力触探和深基础承载力的有关岩土工程问题中,发展和完善孔扩张理论是本论文研究的另一目的。具体地,论文主要研究内容及所取得的研究成果包括以下方面: 1.孔扩张理论的研究和发展 采用应力跌落的简化应力-应变模型考虑土的应变软化特性,同时采用简化的体积应变ε_v与大主应变ε_1及大主应变ε_1与小主应变ε_3之间的相互关系反映土的剪胀特性,根据空间准滑动面(SMP)理论和平面应变轴对称问题的柱形孔扩张基本方程,推导并给出一般黏性土中和砂土中柱形孔扩张问题的应力场、应变场、位移场、塑性区半径和孔扩张压力。通过算例分析,探讨了土的剪胀因素、软化特性以及中主应力对孔扩张问题的影响。具体有以下结论:(1)空间准滑动面理论在平面应变状态下的形式简单,便于解析分析研究,与普遍采用的Mohr-Coulomb准则相比,包含了中主应力对土体强度的效应。结果表明,基于SMP准则即考虑中主应力影响时塑性区半径比基于Mohr-Coulomb准则的塑性区半径明显减小,而极限扩孔压力比不考虑中主应力时要大。基于Mohr-Coulomb准则的圆柱孔在黏土和砂土中扩张问题的解偏于保守。(2)土体的剪胀特性对柱形孔扩张影响很显著。随着剪胀参数的增大,柱孔在黏土和砂土中的扩张极限压力、塑性区扩展范围和径向位移相应增大。(3)在相同的扩张压力下,土体的软化程度越高,孔扩张位移越大;极限扩张压力则随着软化参数的增加而明显降低,软化程度越高越明显。软化现象对应力的分布影响很小。故对于以位移为控制设计参数的实际工程,考虑土体的应变软化和剪胀特性是必要的。 进一步地,采用应力跌落的简化应力-应变模型考虑土的应变软化特性,根据空间准滑动面(SMP)理论和平面应变轴对称问题的柱形孔扩张基本方程,在塑性区内采用不相关联流动法则和对数应变定义分别考虑剪胀效应和大应变特性,推导并给出一般黏性土中柱形孔扩张问题的弹性区和塑性区的应力场及孔扩张率。通过算例分析,探讨了大小应变理论的采用、土的剪胀因素、软化特性以及中主应力对孔扩张率的影响。具体有以下结论:(1)当扩张压力较小时,分别采用大小应变理论计算的柱形孔扩张率结果非常接近,但随着扩孔压力的的增大,差距也逐渐增大,因此小应变理论只能应用于扩张压力较小的情况。但两种理论分析结果的总趋势是一致的。(2)在大应变理论情况下,进一步证实了土体的剪胀特性、土体的应变软化和中主应力对柱形孔扩张影响的显著性。 2.锥头阻力的近似理论分析方法研究 锥头阻力在静力触探试验中扮演着十分重要的角色,在获得土性参数的过程中起着不可磨灭的作用。本文对现有主要的基于承载力理论和孔扩张理论的锥头阻力近似理论分析方法进行了全面的总结和进一步的比较分析。根据回顾与比较,可知承载力理论忽略了土的压缩性和锥杆周围应力增加的影响,故不能精确地模拟探头的深层贯入,其计算结果和实测值相比偏小。而孔扩张理论提供了一个分析锥头阻力的简单而较精确的方法。它考虑了土的压缩性(或膨胀)和探头贯入过程中锥杆周围应力增加的影响,能更加真实地模拟静力触探在黏土和砂土中的贯入过程。比较结果证明,基于柱孔扩张理论的锥头阻力近似理论分析方法的解与试验结果符合得最好。说明了柱孔扩张理论在建立静力触探近似理论分析方法方面的可行性。 采用SMP屈服准则以考虑中主应力对砂土强度的影响,基于增量弹塑性模式和柱孔扩张理论推得砂土中静力触探极限锥头阻力和极限锥头阻力临界深度解析解。该解对于砂土中桩端阻力及静力触探探头端阻力所存在的临界深度及其以下的稳值现象能够给予比较合理的定量解释。增量弹塑性模式能够反映砂土塑性区大应变下的增量剪胀特征和外围弹性区小应变下的压缩特征,可以很好地模拟静力触探的贯入机理。同时,分别基于Mohr-Coulomb准则柱孔扩张控制方程和Mohr-Coulomb准则球孔扩张控制方程推导了锥头阻力和极限锥头阻力临界深度解析解。结合试验数据,将分别基于SMP准则柱孔扩张控制方程、Mohr-Coulomb准则柱孔扩张控制方程和Mohr-Coulomb准则球孔扩张控制方程的解析解进行了比较。结果表明基于SMP准则柱孔扩张控制方程的解与试验数据拟合的最好,而基于Mohr-Coulomb准则柱孔控制方程的解偏高,基于Mohr-Coulomb准则球孔控制方程的解在内摩擦角没有修正的情况下偏低。再一次说明柱孔扩张理论在建立静力触探理论分析方法的可行性,以及建立静力触探在砂土中锥头阻力理论分析方法时考虑中主应力影响的必要性。 以有限元软件ABAQUS为工具,分别考虑了土体的大变形和小变形特征,模拟静力触探探入后周围土体内的各响应,分析了锥尖部位及沿探杆长度的应力场和位移场,并探讨了各土性参数对应力场和位移场的影响、探头的尺寸效应以及贯入的深度影响。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU413

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李青松;加强型袋装砂井综合治理可液化砂土—淤泥质软粘土互层地基机理研究[D];中南大学;2010年
2 邹力;后注浆群桩基础沉降性状研究[D];西南交通大学;2010年
3 曹佳文;充气锚杆力学特性试验研究与数值模拟分析[D];中南大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 栾茂田,许成顺,刘占阁,郭莹;一般应力条件下土的抗剪强度参数探讨[J];大连理工大学学报;2004年02期
2 罗战友,杨晓军,龚晓南;考虑材料的拉压模量不同及应变软化特性的柱形孔扩张问题[J];工程力学;2004年02期
3 李亮,赵成刚;基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型[J];工程力学;2005年03期
4 蒋明镜,沈珠江;饱和软土的弹塑性大变形有限元平面固结分析[J];河海大学学报;1998年01期
5 崔新壮,丁桦;静力触探锥头阻力的近似理论与实验研究进展[J];力学进展;2004年02期
6 陈铁林,沈珠江,周成;用大变形有限元对土体静力触探的数值模拟[J];水利水运工程学报;2004年02期
7 刘祖德;;考虑砂土非线性特征的静力触探机理[J];土工基础;1981年01期
8 杜明芳,肖昭然,张昭;饱和土体圆孔扩张的弹塑性解析解[J];土工基础;2004年03期
9 张季如;砂性土内球形孔扩张的能量平衡分析及其应用[J];土木工程学报;1994年04期
10 张季如;饱和紧密砂土在扩孔压力下超孔隙水压力估算[J];武汉工业大学学报;1995年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 曹秀娟;软粘土中沉桩挤土效应研究[D];浙江大学;2005年
2 陆凤慈;静力触探技术在海洋岩土工程中的应用研究[D];天津大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 富海鹰,冯君,李友明;超大型运梁设备对预制场地基基础影响分析[J];四川建筑科学研究;2005年03期
2 占玉林;赵人达;徐腾飞;唐承平;;钢管混凝土组合格构柱高墩大跨连续刚构桥非线性研究[J];四川建筑科学研究;2009年06期
3 贾彩虹;王媛;张雪颖;;深基坑工程流固耦合模型的发展进程与动向[J];四川建筑科学研究;2010年06期
4 肖山;虚功原理在建立界面应力元模型的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2002年03期
5 倪煌俊;;双向水泥土搅拌桩施工对桩周土的扰动分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2012年02期
6 邢文书,王桂林,张永兴;开洞地基及地基开洞的计算机模拟分析[J];地下空间;2002年03期
7 高广运,顾中华,周群利;强夯加固地基大变形动力有限元数值模拟[J];地下空间;2004年02期
8 张孟喜,孙钧,杨洪振;打桩对周围黄土的扰动特性影响[J];地下空间;2004年03期
9 孟云伟;肖世洪;柴贺军;曾舜;;隧道开挖中破碎带支护的颗粒离散元模拟研究[J];地下空间与工程学报;2007年04期
10 李晓霖;;地铁车站PBA工法的数值模拟研究[J];地下空间与工程学报;2007年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 南世卿;张永坤;宋爱东;胡文剑;张从军;;基于FLAC~(2D)的境界顶柱稳定性分析[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
2 杨光华;张玉成;张有祥;;变模量弹塑性强度折减法及其在边坡稳定分析中的应用[A];第一届全国岩土本构理论研讨会论文集[C];2008年
3 童立元;蔡国军;刘松玉;杜广印;;多功能孔压静力触探(CPTU)测试技术在软土工程性质评价中的应用[A];第八届全国工程地质大会论文集[C];2008年
4 石振明;吴廷臻;李建可;;竹筋在软土地基加固中的应用研究[A];2011年全国工程地质学术年会论文集[C];2011年
5 周奎;胡孔国;宋启根;;地下结构锚注支护大变形数值分析[A];第八届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ卷)[C];1999年
6 梁发云;王家来;;考虑围岩软化的圆形巷道粘弹塑性解析[A];第八届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ卷)[C];1999年
7 杨正权;邹德高;孔宪京;;加筋土挡墙的破坏机理及稳定性分析研究[A];第15届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2006年
8 童华炜;刘恒强;;基于强度折减法的加筋土挡墙稳定性数值分析[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2009年
9 蒋明镜;沈珠江;;土体应变局部化(剪切带)的研究现状[A];岩土力学的理论与实践——第三届全国青年岩土力学与工程会议论文集[C];1998年
10 温世游;陈云敏;;钻孔灌注桩变形机理的理论分析和数值模拟[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐玉胜;大能量强夯置换法处理深圳地区软土地基的应用研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
2 江辉煌;砂井处理超软地基的固结计算[D];中国铁道科学研究院;2009年
3 朱剑锋;考虑扰动影响的土体性状研究[D];浙江大学;2011年
4 杨溢;爆破荷载对蠕动边坡的累积效应及稳定性影响研究[D];昆明理工大学;2010年
5 张俊清;高速列车空心车轴表面裂纹应力强度因子研究[D];北京交通大学;2011年
6 吴坤铭;边坡及其抗滑桩加固工程可靠性分析方法研究[D];合肥工业大学;2011年
7 彪仿俊;水力压裂水平裂缝扩展的数值模拟研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 何永强;强湿陷性黄土地区挤密桩复合地基的理论分析与试验研究[D];兰州理工大学;2010年
9 孙磉礅;孤东油田稠油热采井套损机理及防控措施研究[D];中南大学;2010年
10 罗强;岩质边坡稳定性分析理论与锚固设计优化研究[D];中南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨欢;连霍高速改扩建项目公路和桥涵工程检测与评价[D];郑州大学;2010年
2 张鹏;橡胶坝静动力特性有限元分析[D];山东农业大学;2010年
3 张荣闯;基坑开挖的数值模拟及变形预测研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 陶文平;南方红粘土公路路基设计与修筑技术研究[D];长沙理工大学;2010年
5 戴必辉;大型箱梁制存梁台座沉降计算分析和研究[D];长沙理工大学;2010年
6 范雪;钢管混凝土柱—工字钢梁半刚性节点有限元分析[D];合肥工业大学;2010年
7 张莉;大库盘水库自压式管道冲淤排沙研究[D];新疆农业大学;2010年
8 王垠翔;夯实水泥土楔形桩及圆柱形桩复合地基工作性状对比研究[D];湖南工业大学;2010年
9 司徒漫生;非软弱土层预应力管桩竖向承载性能试验研究[D];华南理工大学;2010年
10 谢志专;静压开口管桩沉桩挤土效应机理研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范承余;;高速公路可液化砂土地基处理[J];安徽地质;2006年02期
2 ;海洋油气资源占全球资源总量的三分之一[J];节能与环保;2006年11期
3 陆立,胡晓丽,王春华;用时间序列分析法进行建筑物沉降观测数据处理的研究[J];测绘科学;2004年06期
4 刘加才,施建勇;用最小二乘法确定竖井地基平均固结度[J];长江科学院院报;2004年04期
5 张治军;饶锡保;丁红顺;吴良平;;不同含水率泥皮对接触面力学特性影响的试验研究[J];长江科学院院报;2007年05期
6 朱浮声,李锡润,王泳嘉;锚杆支护的数值模拟方法[J];东北工学院学报;1989年01期
7 王志辉,刘斌,庄平辉;大直径桩端压力注浆灌注桩的承载性状试验[J];东北大学学报;2002年02期
8 施建勇,彭劼;沉桩挤土效应研究综述[J];大坝观测与土工测试;2001年03期
9 郭莹,栾茂田,何杨,许成顺,史旦达,李木国;复杂应力条件下饱和松砂孔隙水压力增长特性的试验研究[J];地震工程与工程振动;2004年03期
10 王坚;高井祥;郑南山;;基于小波理论的沉降监测数据序列分析[J];大地测量与地球动力学;2005年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张选利;柔性注压锚杆锚固特性研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
2 李月健;土体内球形空穴扩张及挤土桩沉桩机理研究[D];浙江大学;2001年
3 王军;结构性软土地基的固结沉降及稳定研究[D];浙江大学;2002年
4 周海林;振动注浆中的砂土液化研究[D];中南大学;2002年
5 罗战友;静压桩挤土效应及施工措施研究[D];浙江大学;2004年
6 郭莹;复杂应力条件下饱和松砂的不排水动力特性试验研究[D];大连理工大学;2003年
7 孙业志;振动场中散体的动力效应与分形特征研究[D];中南大学;2002年
8 汪鹏程;软化剪胀土中孔扩张理论及沉桩挤土性状研究[D];浙江大学;2005年
9 林政;软土的固结和渗透特性原位测试理论研究及应用[D];浙江大学;2005年
10 罗春雷;液压振动桩锤沉桩动力学及调频调矩控制研究[D];中南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 曾繁平;FRP螺旋锚的拉拔试验与应用设计[D];武汉大学;2005年
2 潘赛军;管桩静压过程中地基孔压变化及桩承载力时效研究[D];浙江大学;2006年
3 孙爱平;新型土锚扩孔机具KC-1型扩孔器的研制[D];中国地质大学(北京);2006年
4 邓学支;静压桩压桩力与承载力关系研究[D];东南大学;2006年
5 龙照;锚杆抗拔承载机理及其在基桩自锚测试技术中的应用[D];湖南大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 赵彩飞;某高层建筑地基不均匀沉降的研究及FLAC3D软件对加固方案的模拟分析[D];太原理工大学;2012年
2 任绒绒;挤扩支盘桩竖向承载能力的分析[D];太原理工大学;2012年
3 郭秋根;不同处治方法的边坡稳定性数值模拟[D];江西理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈维家,胡逸群;用白光散斑法定量分析静力触探时土体的位移场[J];长沙铁道学院学报;1988年04期
2 许清侠;胡中雄;;沉桩的挤土效应[J];地下工程与隧道;1998年03期
3 刘尔烈,饶沛隆,李振富;软土地基中桩基事故分析[J];港工技术;1996年04期
4 王晓鸿,王家来,梁发云;应变软化岩土材料内扩孔问题解析解[J];工程力学;1999年05期
5 龚晓南,李向红;静力压桩挤土效应中的若干力学问题[J];工程力学;2000年04期
6 沈珠江;土的三重屈服面应力应变模式[J];固体力学学报;1984年02期
7 徐建平,周健,许朝阳,徐海波;沉桩挤土效应的数值模拟[J];工业建筑;2000年07期
8 黄院雄,许清侠,胡中雄;饱和土中打桩引起桩周围土体的位移[J];工业建筑;2000年07期
9 蒋明镜,沈珠江;考虑剪胀的弹脆塑性软化柱形孔扩张问题[J];河海大学学报;1996年04期
10 蒋明镜,沈珠江;饱和软土的弹塑性大变形有限元平面固结分析[J];河海大学学报;1998年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 崔新壮,丁桦;静力触探锥头阻力的近似理论与实验研究进展[J];力学进展;2004年02期
2 张荣祥;利用q_c、D_(50)判别地震液化的可能性[J];工程勘察;1994年06期
3 徐永福,傅德明;结构性软土中打桩引起的超孔隙水压力[J];岩土力学;2000年01期
4 李亚军,翟立芹,刘增寿;浅谈静力触探在平原区浅层地下水勘察中的应用[J];地下水;1994年01期
5 张荣祥;CPT判别粉土地震液化的有效性验证[J];工程抗震;1994年03期
6 韩巍;吕凤良;;基于承载力理论的锥头阻力理论分析方法评价[J];农业科技与装备;2008年01期
7 薛永利;楼晓明;朱正望;;初始半径对柱孔扩张问题的影响分析[J];地下空间与工程学报;2009年03期
8 陈继成;龚启昌;;静力触探单、双用探头实测P_s、q_c值的相关分析[J];工程勘察;1985年02期
9 崔新壮,丁桦,金青,段祝平;微型触探仪的研制及粉质粘土中的静力触探试验研究[J];实验力学;2005年02期
10 李波;王铁良;栾茂田;;砂土静力触探锥头阻力增量弹塑性解[J];武汉理工大学学报;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 孟高头;;静力触探技术在工程地质勘察中的应用[A];全国第三次工程地质大会论文选集(下卷)[C];1988年
2 戴国亮;龚维明;郑名良;叶建良;齐静静;;灰土挤密桩在湿陷性黄土地区地基处理的应用实例[A];中国地质学会工程地质专业委员会2006年学术年会暨“城市地质环境与工程”学术研讨会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李波;孔扩张理论研究及其在静力触探技术中的应用[D];大连理工大学;2007年
2 郝冬雪;孔扩张理论研究及自钻式旁压试验数值分析[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 蒋敏敏;砂土原位测试理论研究和试验[D];河海大学;2007年
2 孙渝刚;考虑软土结构性损伤的静压桩挤土效应研究[D];华中科技大学;2007年
3 何耀辉;静压桩沉桩挤土效应研究及实测分析[D];浙江大学;2005年
4 刘海涛;无粘性颗粒材料剪切试验和贯入试验的离散元分析[D];清华大学;2010年
5 邸成;管幕夯进施工的环境效应分析[D];北京交通大学;2008年
6 齐建国;利港电厂PHC桩打桩挤土效应评价[D];吉林大学;2004年
7 袁和平;打桩作用下码头岸坡稳定性研究[D];河海大学;2006年
8 孙宗元;沥青混合料粗集料骨架结构嵌挤能力评价方法研究[D];重庆交通大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026