白洋淀地区土水特性及其应用研究

论文摘要

随着社会经济的高速发展,在实际工程中会经常遇见非饱和土,非饱和土与饱和土在性状上存在差异,而且针对不同地区、不同种类的土体,其物理性质也会有所差别,因此有必要针对特定地区的非饱和土体进行研究。非饱和土与饱和土的抗剪强度之所以存在差异,是因为在非饱和土中存在基质吸力。基质吸力与土体质量含水率、体积含水率、饱和度等有密切联系,它们的函数关系主要由土水特征曲线(Soil Water Characteristic Curve,简称SWCC)体现。本文以白洋淀地区非饱和土体作为研究对象,围绕其土水特性展开研究。主要的研究内容如下:1、借助实验室现有的仪器设备,采用滤纸法对白洋淀地区非饱和土的土水特性进行了试验研究,测定了土样在不同初始干密度下的土水特征曲线。试验结果表明,土样的初始干密度和质量含水率会影响基质吸力值和总吸力值:初始干密度越大,土体的基质吸力值和总吸力值越大;质量含水率越大,土体的基质吸力值和总吸力值越小。2、为了得到适合白洋淀地区非饱和土的土水特征曲线数学模型,本文选取了8种岩土工程中常见的数学模型对本次试验测得的数据进行了拟合,通过对调整决定系数、拟合参数、拟合图形曲线等进行对比分析,发现FX3模型、Gardner模型、包承纲模型能够达到较好的拟合效果。3、通过三个工程算例,分析了不同条件下土体的基质吸力对基坑刚性挡墙抗倾覆稳定性的影响。研究表明,考虑基质吸力能够提高基坑抗倾覆稳定系数K_t并减少挡墙入土嵌固深度D。在实际工程中,考虑基质吸力与不考虑基质吸力会对基坑刚性挡墙的设计造成不同结果,进而影响工程经济成本的投入。

论文目录

摘要

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第一章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 非饱和土力学的研究与发展

1.2.2 土水特征曲线的研究现状

1.2.3 非饱和土基坑挡墙稳定性的研究与发展

1.3 本文研究内容

第二章土水特征曲线和非饱和土强度理论

2.1 土水特征曲线理论

2.1.1 土水特征曲线概述

2.1.2 土水特征曲线的测试方法

2.1.3 土水特征曲线的数学模型

2.2 非饱和土抗剪强度理论

2.2.1 Bishop抗剪强度理论

2.2.2 Fredlund双变量抗剪强度理论

2.2.3 其他类型非饱和土的抗剪强度理论

2.3 本章小结

第三章非饱和土土水特征曲线的试验研究

3.1 滤纸法概述

3.2 滤纸率定曲线的选用

3.3 试验仪器

3.4 土样及其物理性质指标

3.4.1 天然密度和天然重度

3.4.2 比重

3.4.3 初始含水率

3.5 试验方案与步骤

3.5.1 试验方案

3.5.2 试验步骤

3.6 试验数据处理与分析

3.6.1 试验数据

3.6.2 试验结果分析

3.6.3 试验误差分析与处理

3.7 本章小结

第四章非饱和土土水特征曲线的拟合分析

4.1 概述

4.2 土水特征曲线数学模型描述

4.2.1 Brooks和 Corey（BC）模型

4.2.2 Van Genuchten（VG）模型

4.2.3 Fredlund和 Xing-3（FX3）模型

4.2.4 Fredlund和 Xing-4（FX4）模型

4.2.5 Gardner模型

4.2.6 包承纲模型

4.2.7 其他常见的2 种土水特征曲线拟合模型

4.3 不同模型对试验数据的拟合与比较

4.3.1 调整决定系数及拟合参数分析

4.3.2 拟合曲线对比分析

4.3.3 白洋淀地区非饱和土土水特征曲线的推荐模型

4.4 吸力的对数与土体质量含水率的拟合与分析

4.4.1 总吸力的对数与土体质量含水率的拟合与分析

4.4.2 基质吸力的对数与土体质量含水率的拟合与分析

4.5 本章小结

第五章非饱和土基坑刚性挡墙抗倾覆稳定分析

5.1 概述

5.2 计入基质吸力的朗肯土压力理论

5.2.1 土压力与朗肯土压力理论

5.2.2 计入基质吸力后的朗肯土压力理论

5.3 基坑刚性挡墙抗倾覆稳定分析

5.3.1 基本假定

5.3.2 基坑挡墙土体土压力及临界深度计算

5.3.3 挡墙抗倾覆稳定系数与嵌固深度方程

5.4 刚性挡墙嵌固深度与稳定系数应用分析

5.4.1 基质吸力求解

5.4.2 土体体积含水率对D/H的影响分析

5.4.3 土体吸力内摩擦角对D/H的影响分析

5.4.4 土体体积含水率、吸力内摩擦角对Kt的影响分析

5.5 本章小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 申国行

导师: 张建辉

关键词: 非饱和土,土水特征曲线,滤纸法,基质吸力,刚性挡墙稳定

来源: 河北大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 河北大学

分类号: TU43

总页数: 94

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