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《浙江大学》 2003年
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结构性软土一维弹粘塑性固结性状研究

张超杰  
【摘要】: 土的结构性和流变性对其固结压缩行为有重要影响,目前能贴切考虑这两方面内容的固结理论在国内外鲜有报道,因而开展这方面的研究对进一步弄清天然土的固结压缩行为是非常重要的。本文以天然土固结压缩试验研究成果为基础,建立了一个结构性土的一维弹粘塑性固结模型,并通过该模型对天然土、扰动土的固结性状进行系统、全面的分析研究。 结合前人的试验成果,对固结压缩过程中软土的结构性和流变性进行了系统的分析。研究结果表明,结构性土的固结过程具有以下特性:主固结和次固结阶段都包含有因土骨架的粘滞性移动而产生的变形,而且在正常固结阶段,存在应力—应变—应变速率的唯一性,F(σ′_v,e)=0、F(σ′_v,e,t)=0形式的本构关系不足以描述土骨架的变形行为;固结压缩过程中的时间效应包括三个方面的内容,除了应力应变关系与时间相关外,还包括粘滞性变形引起表观前期固结压力增加和屈服应力的应变速率效应;软土的结构性使其力学特性与应力水平相关,压缩曲线具有分段性。 本文将结构屈服应力及其相关特性引入土的固结分析中,同时结合当前应力应变时效关系的试验研究成果,创建了一个结构性粘土的一维弹粘塑性固结模型,通过模拟前人的试验成果,证明该模型不仅能描述压缩过程中的三个时间效应以及固结压缩的分段性,而且模型适用于一维条件下任何加载方式的固结模拟。模型计算需要初始孔隙比e_0、渗透系数k、再压缩系数C_(εr)、压缩系数C_(εc)、次固结系数C_(εα)、加载前的初始有效应力σ′_0、室内常规固结压缩试验条件下测出表观前期固结压力σ′_(p0-ref)和达到表观前期固结压力时的应变速率(?)_(p0-ref)等八个基本参数,而这八个基本参数很容易从常规试验中得出。文中给出模型的有限差分解法,并将此模型与前人模型进行比较,分析固结变形的机理,。 基于本文新建模型,分析论述土结构性、表观前期固结压力、再压缩系数、次固结系数、荷载增量大小、渗透系数、加荷速率、固结层厚度、自重应力随深度变化和土体成层性等对土固结的影响,比较本文模型与Yin Graham模型的异同,阐述土结构性和流变性对软土固结压缩行为的影响。 基于结构性软土的受力机理分析,提出了一个新的扰动度定义,建立了扰动度与土工参数的定量关系。计算分析表明,扰动作用对结构性土的固结性状有显著影响:扰动度越大,变形越大,孔隙水压力消散越缓慢。 最后,通过两个工程实例的分析来说明本文模型的有效性和实用性:一是 对Berthiervill填土试验场的软基实测数据和理论成果进行对比分析,阐明考虑 结构性扰动和粘滞性效应对分析天然粘土固结压缩性的重要性;二是对温州机 场袋装砂井超载预压工程进行数值模拟,指出停荷预压期间下卧层孔压增加和 工后沉降大的原因。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TU447

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【引证文献】
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3 赵志远;考虑土体结构性的修正邓肯一张模型[D];浙江大学;2003年
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【参考文献】
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【共引文献】
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3 程展林;吴良平;丁红顺;;粗粒土组构之颗粒运动研究[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
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7 周琦;刘汉龙;陈志波;;考虑固结参数变化时砂井地基的非线性径向固结[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
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2 刘北战;降雨入渗条件下新邱区中南公路边坡稳定性分析[D];辽宁工程技术大学;2010年
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4 崔晓如;高填方路基沉降变形分析与预测及其控制标准研究[D];长沙理工大学;2010年
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9 王晓磊;邯郸粉质粘土Duncan-Chang模型及应力—应变归一化研究[D];河北工程大学;2010年
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【同被引文献】
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1 赵志远;考虑土体结构性的修正邓肯一张模型[D];浙江大学;2003年
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【二级引证文献】
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2 王小平;软岩巷道流变分析及应用[D];山东科技大学;2004年
3 张枫;宝珠寺水电站工程三维非线性有限元分析研究[D];西安理工大学;2002年
4 童艳光;软土地基与筏板基础共同作用分析研究[D];中南大学;2004年
5 杨柳;优质碳素结构钢温度和速率相依型本构模型研究[D];湘潭大学;2004年
6 李勤民;格栅加筋土挡墙弹粘塑性动力有限元分析[D];重庆交通大学;2008年
7 姜乃斌;弹粘塑性饱和多孔介质动力响应的有限元分析[D];重庆大学;2005年
8 孙统立;岩体力学行为多层结构模型研究[D];河海大学;2004年
9 宋军;软基上海堤的应力应变及稳定性研究[D];武汉大学;2004年
10 杨全虎;基于多孔介质理论的饱和软土弹塑性固结沉降研究[D];重庆大学;2004年
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