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部分排水条件下饱和砂土的力学特性研究

程星磊  
【摘要】:长期以来,由于实验仪器排水条件的制约,有关土的力学特性方面的研究成果大都是在自由排水或不排水条件下取得的。然而,实际工程中土体真实的排水条件介于自由排水与不排水之间,即在部分排水条件下饱和土体体积变化的同时也产生超静孔隙水压力。如果将其简化为排水稳定问题,采用固结排水抗剪强度分析得出的安全系数往往偏高;而将其简化为不排水稳定问题,采用固结不排水强度分析得出的安全系数大多偏低。实例分析表明,对于同一问题采用不同的分析方法(排水稳定或不排水稳定),得出的安全系数相差一倍以上。为获取更加切合工程实际的土性参数,必须研究土在部分排水条件下的基本力学特性。 本文利用英国GDS公司的STDTTS标准应力路径三轴仪开展了饱和砂土的部分排水试验,从超静孔隙水压力、有效应力路径与渐近状态特性等方面研究了部分排水条件下饱和砂土的力学特性。将渐近状态方程与剪胀方程耦合,并引入描述排水程度的状态参量ξ,提出了相变应力比方程,将其引入到土的应力路径本构模型,建立了饱和砂土的渐近状态本构模型。通过部分排水条件下饱和砂土的三轴试验结果,验证了所建模型的合理性。研究结果表明:排水条件控制着土体剪胀特性的发挥程度,进而从两个方面影响土的力学特性,一是荷载条件,即影响土体的有效应力路径,以及加载模式,二是土性条件,即影响土的抗剪强度的发挥程度,形成渐近状态。最后本文利用ABAQUS软件,采用所建立的渐近状态本构模型模拟无支护条件下的基坑开挖过程,验证了模型合理性的同时,探讨了部分排水条件对开挖过程中土体变形的影响。


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