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软土各向异性不排水抗剪强度及在基坑中的应用研究

蔡露  
【摘要】:天然软工具有含水量高、透水性小、抗剪强度低等特点,在沉积、固结及复杂应力作用下具有显著的各向异性,而软土工程中(如基坑开挖过程中)往往处于不排水状态,故其各向异性不排水抗剪强度的研究对软土工程问题具有十分重要的意义。然而这方面试验及理论研究成果还较少,其工程应用的研究更是有待丰富与完善。有鉴于此,本文通过试验和理论分析得到了原状软土各向异性不排水抗剪强度理论公式,并探讨了各向异性对软土基坑抗隆起稳定及变形问题的影响,其主要的研究内容和创新性研究成果如下:1、以杭州原状软黏土复杂的各向异性不排抗剪强度试验为基础,分析总结得到一个可以考虑土体特性(有效内摩擦角)的各向异性半经验公式。2、从杭州原状软土各向异性本构模型出发,推导得到三轴压缩及拉伸状态的不排水抗剪强度值理论公式;与上述半经验公式结合,得到一个参数较少并可考虑土体特性的各向异性强度理论公式。3、结合了上述各向异性公式,并考虑破坏面上最大剪应力与不排水抗剪强度之间的折减,对抗隆起稳定上限方法及圆弧滑动方法进行了改进。4、通过抗隆起稳定分析发现,与经典Casagrande公式比较,本文公式计算结果更为合理。5、将基于上述公式得到的简单的各向异性理想弹塑性模型通过UMAT二次开发连接到ABAQUS有限元分析中,用于基坑开挖问题的模拟。计算结果表明:考虑各向异性情况下计算得到的位移值大于各向同性的情况,且土体接近破坏时,各向异性的影响更为显著。土体水平位移及竖向位移的发展及各向异性对这两者的影响程度均与深宽比H/B相关,其中水平位移的发展受宽度影响较大,而竖向位移受深度影响较大;深宽比H/B较大时,土体竖向位移较为发育,各向异性对安全系数的影响也较大,最容易发生隆起破坏,此时在变形计算中,需要考虑各向异性的影响才能获得比较准确结果。


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