人工制備結(jié)構(gòu)性土率敏性試驗及其流變本構(gòu)模型研究
發(fā)布時間：2021-04-10 21:38
隨著社會的發(fā)展和國民經(jīng)濟的快速增長,中國的城市化進程已經(jīng)愈來愈快,伴隨著城市化進程涌現(xiàn)出大量的摩天大樓、地下交通系統(tǒng)、地下商場等超大型工程建設(shè)。尤其在經(jīng)濟快速發(fā)展的東部沿海地區(qū),該地區(qū)分布著廣泛的軟粘土地層,受地理條件的限制不得不將大型建筑物建設(shè)在這類軟土基礎(chǔ)上。天然軟土由于其具有特有的結(jié)構(gòu)性(高含水率、大孔隙和壓縮變形量大)導致地基排水固結(jié)慢、穩(wěn)定性差和沉降問題等工程問題,同時軟粘土在荷載作用下表現(xiàn)出突發(fā)性的破壞往往會給工程造成極大危害。如何表征結(jié)構(gòu)性軟土的物理力學特性,并以此為基礎(chǔ)有效計算和預測軟土工程的施工和工后沉降仍是工程建設(shè)難題。其中,建立能夠反映結(jié)構(gòu)性軟土的結(jié)構(gòu)性特征及時間相依性的基于上下負荷面的彈粘塑性本構(gòu)模型被認為是解決這一問題的有效途徑。基于此,論文的主要工作包括以下幾個方面:(1)針對大孔隙和膠結(jié)作用兩個特征,利用原料土、高嶺土、水泥和鹽室內(nèi)人工制備結(jié)構(gòu)性土。對試樣進行一維固結(jié)和SEM掃描電鏡試驗,驗證試樣具有一定結(jié)構(gòu)性特征并得到相應的壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)和結(jié)構(gòu)性屈服應力,為建立結(jié)構(gòu)性土的彈粘塑性本構(gòu)模型提供基礎(chǔ)。(2)改變原料配比,通過控制鹽和水泥的含量得到不同孔隙比和膠結(jié)作用的人工制備結(jié)構(gòu)性土試樣,在三種試驗圍壓(50kPa、100kPa和200kPa)條件下進行加載速率為0.07mm/min的固結(jié)不排水三軸剪切壓縮試驗,探究了結(jié)構(gòu)性特征(孔隙比和膠結(jié)作用)對結(jié)構(gòu)性土的強度變形、孔隙水壓力以及應力路徑的影響,得到相應的抗剪強度指標。(3)對三種不同結(jié)構(gòu)性特征的人工制備結(jié)構(gòu)性土試樣進行三種不同加載速率(0.007mm/min、0.07mm/min和1mm/min)以及不用圍壓(50kPa、100kPa和200kPa)條件下的固結(jié)不排水三軸剪切壓縮試驗,探究了結(jié)構(gòu)性特征對應變速率效應的影響。(4)以Asaoka和Hashiguchi的上下負荷面作為某一應變速率下的參考屈服面,按照相對過應力的基本思路,新引入了兩個能通過不同應變速率三軸壓縮實驗測定的率敏性參數(shù)0c和m?,建立了一種能夠考慮結(jié)構(gòu)性土應力-應變特性和率敏性的彈粘塑性本構(gòu)模型。通過對結(jié)構(gòu)性土的剪切蠕變試驗驗證,表明提出的模型能夠較好的表征結(jié)構(gòu)性土的結(jié)構(gòu)性特征、應變軟化和率敏性等特征,為軟土工程的數(shù)值計算奠定了基礎(chǔ)。(5)以日本佑賀市有明海岸公路路堤工程為依托,采用修正劍橋模型和提出的結(jié)構(gòu)性土彈粘塑性本構(gòu)模型分別表征地基軟土。通過ABAQUS數(shù)值計算,結(jié)合現(xiàn)場觀測結(jié)果,后者能夠有效的預測路堤的長期沉降,為工后沉降控制提供指導,同時驗證了本構(gòu)模型的正確性。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU43
本文編號：1747523
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU43
文章目錄
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 考慮結(jié)構(gòu)性的彈塑性本構(gòu)模型
1.2.2 考慮結(jié)構(gòu)性的流變本構(gòu)模型
1.2.3 天然結(jié)構(gòu)性軟土的宏微觀實驗
1.3 現(xiàn)有研究存在的問題
1.4 主要研究內(nèi)容
第2章 人工制備結(jié)構(gòu)性土制備方案
2.1 引言
2.2 原料土的基本物理力學性質(zhì)試驗
2.2.1 比重試驗
2.2.2 界限含水率試驗
2.2.3 原料土的基本物理性質(zhì)指標
2.3 試樣的制備
2.4 一維固結(jié)試驗
2.5 SEM掃描電鏡試驗
2.6 本章小結(jié)
第3章 人工制備結(jié)構(gòu)性土結(jié)構(gòu)性特征試驗
3.1 引言
3.2 試驗設(shè)備與步驟
3.2.1 DYNTTS系統(tǒng)
3.2.2 GDSLAB控制和數(shù)據(jù)采集
3.2.3 試驗操作步驟
3.3 不同孔隙比對結(jié)構(gòu)性特征的影響
3.3.1 試驗方案
3.3.2 試驗結(jié)果分析
3.3.3 歸一化處理分析
3.4 不同膠結(jié)作用對結(jié)構(gòu)性特征的影響
3.4.1 試驗方案
3.4.2 試驗結(jié)果分析
3.4.3 歸一化處理分析
3.5 結(jié)構(gòu)性土試樣破壞形式
3.6 本章小結(jié)
第4章 人工制備結(jié)構(gòu)性土率敏性三軸試驗
4.1 引言
4.2 結(jié)構(gòu)性土率敏性三軸試驗
4.2.1 試驗方案
4.2.2 試驗結(jié)果分析
4.2.3 歸一化處理分析
4.3 本章小結(jié)
第5章 結(jié)構(gòu)性土彈粘塑性本構(gòu)模型及驗證
5.1 引言
5.2 結(jié)構(gòu)性土彈粘塑性本構(gòu)模型
5.2.1 過應力理論基本概念
5.2.2 相對過應力函數(shù)
5.2.3 基于上下負荷面的動屈服準則函數(shù)
5.3 含率敏性的應力積分算法
5.3.1 粘塑性應變積分
5.3.2 彈性預測及粘塑性應力修正
5.3.3 迭代確定粘塑性偏應變增量
5.4 結(jié)構(gòu)性土結(jié)構(gòu)性特征試驗和率敏性試驗表征
5.4.1 模型參數(shù)
5.4.2 結(jié)構(gòu)性特征試驗預測
5.4.3 結(jié)構(gòu)性土率敏性試驗預測
5.5 結(jié)構(gòu)性土蠕變特性驗證
5.5.1 蠕變試驗方案
5.5.2 蠕變試驗結(jié)果和模型驗證
5.6 本章小結(jié)
第6章 基于彈粘塑性本構(gòu)模型的軟土路堤工后沉降數(shù)值分析
6.1 引言
6.2 軟土路堤工后沉降的數(shù)值模擬
6.2.1 有限元模型建立
6.2.2 有限元模型參數(shù)
6.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析
6.3.1 軟土基底沉降分析
6.3.2 地基軟土水平側(cè)移分析
6.4 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
7.1 主要結(jié)論
7.2 展望
參考文獻
致謝
個人簡歷及在學期間的研究成果
【參考文獻】
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