卸载应力路径与干湿循环作用下残积土的力学特性及工程应用

论文摘要

目前有关基坑的变形、强度和稳定性计算中,大多数以加载应力路径试验的应力应变关系及相应的抗剪强度指标作为计算参数;但实际基坑工程中的土体经历的是卸载应力路径。残积土具有一定结构性和遇水软化的特性,并在自然或人为的环境下经受干湿交替作用。因此,分析应力路径对土体影响的同时,有必要探究残积土在经历干湿循环作用下的力学特性。本文以基坑开挖时坑侧残积土为研究对象,开展不同应力状态、应力路径以及干湿作用下的三轴剪切试验。根据试验结果进行数据归一化分析,提出考虑固结围压和受干湿循环影响的修正Duncan-Chang模型及模型参数的确定方法。同时利用MIDAS/GTS软件对不同应力状态、应力路径以及干湿循环作用下的基坑变形进行数值模拟并对比实际监测数据,结果表明采用考虑径向卸载应力路径及干湿循环作用下修正的Duncan-Chang模型参数模拟土体的应力状态与实际残积土基坑工程土体应力状态最相符。本文主要完成了以下工作:1.探究固结方式、应力路径和干湿作用对土体应力应变关系的影响。试验结果表明,K0固结比等向固结的试样强度高,且初始切线模量也较大;试样在卸载应力路径下的强度和初始切线模量比加载应力路径下低;经历干湿作用试样的强度相比没有经历干湿作用试样的强度要小,且在第一次干湿循环后强度下降较快;2.整理试验数据,分别得到等向固结加载试验、K0固结卸载试验和三次干湿循环后卸载试验的修正Duncan-Chang模型参数,并把应力应变双曲线方程进行归一化分析,解得考虑固结围压和干湿循环次数影响因素的归一化方程;3.将三种本构参数输入到MIDAS/GTS软件中对厦门某一实际基坑工程进行数值模拟,对比开挖过程中坑侧土水平位移和实际基坑工程的变形数据,表明考虑卸载应力路径与干湿循环作用的本构模型模拟得到的变形数据对坑侧残积土的水平位移预测效果最好。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 残积土研究现状

1.2.2 土的应力路径研究现状

1.2.3 土的干湿循环效应研究现状

1.2.4 土的Duncan-Chang模型研究现状

1.2.5 基坑变形数值模拟

1.3 本文研究内容及目的

第二章干湿循环下残积土的径向卸载三轴剪切试验

2.1 基本物理性质试验

2.1.1 土样粒径试验

2.1.2 含水量及液塑限试验

2.1.3 比重试验

2.1.4 试验土样物理性质

2.2 三轴剪切试验

2.2.1 试验仪器

2.2.2 试样制作过程

2.3 应力路径试验方案

2.3.1 试验方案与步骤

2.3.2 加载与卸载试验中土的应力路径

2.4 干湿循坏下三轴剪切试验

2.5 三轴剪切试验成果

2.5.1 常规三轴压缩试验分析

2.5.2 K0固结加载剪切试验与等向固结加载剪切试验对比分析

2.5.3 K0固结加载剪切试验与K0固结卸载剪切试验分析与对比

2.5.4 干湿循环试验

2.6 本章小结

第三章考虑干湿影响下残积土Duncan-Chang模型参数

3.1 双曲线模型的拟合

3.2 模型参数

3.2.1 强度指标c、φ

3.2.2 a,b值的确定

3.2.3 无因次基数K、无因次指数n

3.2.4 泊松比系数D

f'> 3.2.5 破坏比R_f

3.2.6 参数G、F

3.2.7 小结

3.3 考虑干湿循环影响因子

3.3.1 归一化因子的选取

3.3.2 拟合曲线方程

3.4 本章小结

第四章基坑变形数值模拟分析

4.1 工程实例

4.1.1 工程概况

4.1.2 场地工程地质条件及水文特征

4.2 有限元模型的建立

4.2.1 计算域及边界条件的选取

4.2.2 本构模型

4.2.3 施工工况

4.2.4 网格划分

4.2.5 模拟基坑开挖过程

4.3 计算结果与监测结果对比分析

4.3.1 基坑监测结果整理

4.3.2 三轴加载试验Duncan-Chang模型参数

4.3.3 卸载试验Duncan-Chang模型参数

4.3.4 三次干湿循环下卸载试验的Duncan-Chang模型参数

4.3.5 有限元分析结果与监测数据对比

4.4 本章小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张波

导师: 陈东霞

关键词: 残积土,卸载应力路径,干湿循环,模型

来源: 厦门大学

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: 厦门大学

分类号: TU43

总页数: 90

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