海積軟土結(jié)構(gòu)性劍橋模型的試驗(yàn)研究及其驗(yàn)證分析

《海積軟土結(jié)構(gòu)性劍橋模型的試驗(yàn)研究及其驗(yàn)證分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、中文摘要海積軟土結(jié)構(gòu)性劍橋模型的試驗(yàn)研究及其驗(yàn)證分析中文摘要海積軟土以淤泥質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，其沉積環(huán)境歷史特殊而復(fù)雜，使軟土表現(xiàn)出與其它類型土不同的物理力學(xué)特性，如高含水量、高孔隙比、高壓縮性、靈敏性強(qiáng)、有機(jī)質(zhì)含量較高，強(qiáng)度低，滲透性差等。這些不良工程地質(zhì)性質(zhì)與土的變形和強(qiáng)度有著密切的聯(lián)系，直接影響巖土工程建設(shè)·同時(shí)也決定了海積軟土的研究是一項(xiàng)具有相當(dāng)技術(shù)難度的復(fù)雜問題。目前，關(guān)于不同巖土材料的本構(gòu)關(guān)系不下數(shù)百種，以往的研究常常將士視為彈性體或彈塑性體，運(yùn)用經(jīng)典彈塑性理論的求解方法。而直接與土

2、結(jié)構(gòu)因素相關(guān)聯(lián)的本構(gòu)方程數(shù)量還不是很多，并有待實(shí)踐的進(jìn)一步檢驗(yàn)。而海積軟土強(qiáng)靈敏性及高孔隙比正是其結(jié)構(gòu)性的外在表現(xiàn)，不過由于軟土結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)要素的非確定性，許多結(jié)構(gòu)方面的研究成果卻無法與其力學(xué)性狀發(fā)生定量的聯(lián)系，所以如何選取以及選取哪些結(jié)構(gòu)參量來描述軟土變形特性也就成了結(jié)構(gòu)性模型研究的首要問題。鑒于此，本論文以杭州地區(qū)海積軟土為研究對(duì)象，結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“中國濱海軟土結(jié)構(gòu)性及結(jié)構(gòu)性力學(xué)模型研究”(No,40172092)的實(shí)際研究工作，作者選定海積軟土的結(jié)構(gòu)性彈塑性模型作為論文的研究方向。

3、要建立一個(gè)正確反映海積軟土特性的結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型，首要的是通過力學(xué)試驗(yàn)正確認(rèn)識(shí)軟土的應(yīng)力應(yīng)變性狀。因此論文在對(duì)國內(nèi)外土本構(gòu)模型和士微觀結(jié)構(gòu)定量化研究現(xiàn)狀的研究基礎(chǔ)上，首先對(duì)杭州地區(qū)海積軟土進(jìn)行了一系列室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)和軟土靈敏度試驗(yàn)，從以下三個(gè)方面分析了軟土的結(jié)構(gòu)性，說明海積軟土屬于結(jié)構(gòu)性土，具有一定的天然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。①、在壓縮試驗(yàn)中，原狀樣和重塑樣壓縮曲線特征明顯不一樣，原狀樣存在結(jié)構(gòu)屈服壓力。在單向壓縮試驗(yàn)中，原狀樣的壓縮曲線大致可分為三段，即平緩段(彈性階段)、陡降段〔結(jié)構(gòu)迅速破壞階段)和趨于重塑樣壓縮的

4、曲線段(結(jié)構(gòu)基本完全破壞階段);而重塑土的壓縮曲線基本上呈一條直線。吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003②、在三軸剪切試驗(yàn)中，當(dāng)圍壓低于土的結(jié)構(gòu)屈服壓力時(shí)，在結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力附近，應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)應(yīng)力平臺(tái)或輕微的應(yīng)力下降，而不同于其重塑土的應(yīng)變硬化曲線，這是因?yàn)檐浲猎趬嚎s過程中天然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的破損與由于土穎?？繑n而結(jié)構(gòu)變密引起強(qiáng)度增加兩者相互抵消。③、靈敏度試驗(yàn)測得軟土是靈敏的。由于軟土結(jié)構(gòu)因素的影響，根據(jù)卡薩格蘭德法求取的先期固結(jié)壓力，已經(jīng)不符合先期固結(jié)壓力的定義了，故在論文中稱之為結(jié)構(gòu)屈服壓力，并作為一個(gè)參數(shù)運(yùn)

5、用到新建模型中去。因此，要判斷某地土層屬于何種固結(jié)狀態(tài)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)爻练e環(huán)境歷史和人類歷史建筑活動(dòng)來判斷。此外，壓縮試驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)海積軟土壓縮過程是固結(jié)流變過程，時(shí)間效應(yīng)明顯。同時(shí)，三軸固結(jié)排水剪切試驗(yàn)研究表明，杭州試驗(yàn)海積軟土的結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力小于其抗剪強(qiáng)度，其應(yīng)力應(yīng)變曲線總體上呈加工硬化型，因此，新建模型采用了等向硬化是律。根據(jù)以上試驗(yàn)研究成果，論文結(jié)合修正劍橋模型理論和前人研究工作，找出原狀樣和重塑樣壓縮遨續(xù)兩者之t61的內(nèi)在聯(lián)系，提出結(jié)構(gòu)破損指數(shù)b，建立了一個(gè)新的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，其初始屈服應(yīng)力~應(yīng)

6、變?cè)隽筷P(guān)系表達(dá)式如下:dpi/.,".1咖二，{M.、dD}.dc,二‘士丁-~于.弋十IA一尤t一--十MA--一1(2+e)p"'(!+e)p,}M一17)(1+e)A禹rls,,二_92((11-+2,%,1)(1K+ed+--I(t-X)+b'衛(wèi)(44,新模型考慮了土的結(jié)構(gòu)性，并修改了劍橋模型的硬化定律，它不僅僅依賴于塑性體應(yīng)變sv，它還與剪壓比刀有關(guān)，使新模型加更符合實(shí)際情況。目前，新模型只進(jìn)行了簡單應(yīng)力路徑下的試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了良好的效果，但仍需在巖土工程實(shí)踐中進(jìn)一步對(duì)新模型進(jìn)行檢驗(yàn)。其次，論

7、文采用掃描電鏡和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)海積軟土原狀樣、重塑樣以及試驗(yàn)不同階段取得的土樣進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)定童分析.選用了平中文摘要均直徑(r}}、平均形狀系數(shù)(F)、豐度(C)、定向頻率(F(a))、定向分維數(shù)(D,)等微觀結(jié)構(gòu)定量參數(shù)來描述結(jié)構(gòu)單元體和孔隙的大小、形態(tài)和定向性特征，以及受力過程中它們的變化規(guī)律，從微觀角度分析軟土宏觀力學(xué)行為的內(nèi)在機(jī)理。徽觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡照片表明，杭州海積軟土原狀樣的微結(jié)構(gòu)類型以蜂窩一絮凝狀結(jié)構(gòu)為主，礦物顆粒之間以邊一面、邊一邊接觸為主，其連結(jié)類型主要是結(jié)合水連結(jié)，并有粘土礦物

8、等膠結(jié)連結(jié);而重塑樣微結(jié)構(gòu)類型基本為絮凝狀結(jié)構(gòu)，其連結(jié)類型為結(jié)合水連結(jié)，而礦物穎粒之間以面一面接觸為主，所以其結(jié)相連結(jié)強(qiáng)度不伺子原狀樣。這些也從微觀角度說明海-積軟土具有一定的夭然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。為軟土在受力過程中天然結(jié)構(gòu)逐漸破損提供了微觀方面的依據(jù)。微觀結(jié)構(gòu)定量化研究表明，在單向壓縮試驗(yàn)中，隨著壓力的增加:①、結(jié)構(gòu)單元體和孔隙的直徑逐漸變小，說明部分膠結(jié)在一起的結(jié)構(gòu)單元體逐漸破碎，孔隙被壓縮:②、結(jié)構(gòu)單元體豐度逐漸變小，即結(jié)構(gòu)單元體形狀變得扁平