地基土侧限固结压缩模型及其沉降分析方法

论文摘要

地基沉降计算是地基承载稳定性评价的重要决策依据之一,合理的地基沉降量计算值将使工程设计、施工与运营等过程的决策更具合理性,探讨其更具合理性的计算方法具有重要的理论意义与工程应用价值。论文在总结分析现有地基土侧限固结压缩试验、压缩分析模型与沉降计算方法研究现状基础上,开展粘性土与无粘性土不同条件下的室内侧限固结压缩试验。提出能反映土体初始压缩、卸载回弹与再压缩等特性的侧限固结压缩分析新模型,以此为基础建立出基于孔隙介质模型的能反映三维应力场与变形模量变化的地基沉降计算新方法,并通过工程实例对比分析验证了所建立的模型与分析方法的合理性与有效性。论文通过研究获得如下结论:（1）通过引入孔隙率建立出宏观土体与细观土颗粒骨架间的应力—应变关系,并采用线弹性虎克定律确定出土颗粒微观应力—应变关系,进而建立出土体宏观应力—应变关系,并利用土体宏观变形与孔隙比的关系以及侧限条件下土体的变形特点建立出土体侧限固结压缩过程的模拟分析方法。利用土体侧限固结压缩试验过程中不产生侧向变形而仅产生轴向变形、轴向应力与应变符合双曲线关系的特点,构建出土体初始压缩e-p曲线分析模型及其表征方法。根据压缩应力趋于无穷大时初始压缩土体与再压缩土体孔隙比相等且其再压缩时应力与应变仍满足双曲线关系的特点,构建出土体再压缩e-p曲线分析模型及其表征方法。（2）土体宏观变形主要由不可恢复的塑性变形和可恢复的弹性变形两部分组成,假定空隙部分产生塑性变形,颗粒骨架部分产生弹性变形,以此建立出土体宏观变形分析模型;进而通过构建土体空隙和颗粒骨架的细观变形分析方法,建立出能反映土体弹塑性变形的初始压缩分析模型。利用卸载回弹过程中孔隙应变不随应力减小而发生改变的特征,建立出能反映土体弹塑性变形的卸载回弹分析模型,其联合土体初始压缩分析模型可综合反映应力路径和循环加卸载对土体压缩特性的影响。利用再压缩过程中土体空隙新产生不可恢复变形量相对减少的特点,建立出能反映土体弹塑性变形特性的再压缩分析模型,其联合土体初始压缩分析模型可综合反映应力历史对土体压缩特性的影响。（3）在分析地基土受力变形特点基础上,建立出能反映宏观土体与细观颗粒骨架变形参数与力学参数相互关系的土体孔隙介质分析模型,并利用分级加载思想建立出能综合反映应力历史、初始地应力和附加应力等影响因素的地基土变形分析模型。根据地基土宏观变形影响宏观土体与细观颗粒骨架泊松比相互关系的特点,利用分层总和思想建立出能反映地基土变形参数与力学参数随埋深和附加应力非线性变化的沉降计算改进分层总和法,其可有效避免传统地基沉降计算方法对室内侧限固结压缩e-p曲线的依赖。（4）结合土体变形的宏观与微观分析方法,用Walsh公式和等效夹杂理论两种不同的方法分别确定出宏观土体与细观颗粒骨架的变形模量及其孔隙率之间的相互关系。根据土体变形模量非线性变化特征,利用分级加载思想构建出体积应力作用前后地基土变形模量的两种递推变化关系;进而利用分层总和思想与增量广义虎克定律,获得考虑初始地应力（即埋深）和附加应力作用下土体变形模量变化与三维应力影响的地基沉降计算分析方法;以期避免土体侧限固结压缩试验曲线或现场静载试验曲线的使用,拓展了地基沉降计算分析方法的适用条件。（5）通过室内压缩试验结果验证了本文所建立的反映土体初始压缩、卸载回弹与再压缩等特性的土体侧限固结压缩分析模型的合理性。通过四个工程实例的对比分析验证了本文所建立的基于孔隙介质模型且能反映三维应力场与变形模量变化的地基沉降计算方法的有效性。结合室内压缩试验结果与工程实例,对影响因素进行了参数敏感性分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 土侧限固结压缩试验研究现状
•     1.2.1 土压缩试验研究现状
•     1.2.2 土压缩卸荷试验研究现状
•     1.2.3 土压缩三轴试验研究现状
•     1.2.4 试验结果分析方法研究现状
•     1.2.5 数值试验分析方法研究现状
•   1.3 土侧限固结压缩分析模型
•     1.3.1 基于微观分析的数值模拟方法
•     1.3.2 基于宏观分析的数学解析方法
•   1.4 地基沉降分析方法
•     1.4.1 弹性力学法
•     1.4.2 数值分析方法
•     1.4.3 分层总和法
•   1.5 论文主要研究内容
• 第二章 土的侧限固结压缩试验
•   2.1 概述
•   2.2 压缩试验类别与变形指标
•     2.2.1 试验类别
•     2.2.2 压缩变形指标
•   2.3 土的侧限固结压缩试验
•     2.3.1 压缩试验准备
•     2.3.2 压缩试验步骤
•     2.3.3 试验结果分析
•   2.4 本章小结
• 第三章 土体侧限固结压缩分析模型
•   3.1 概述
•   3.2 土体侧限固结压缩机理与特征
•   3.3 土体侧限固结压缩过程模拟方法
•     3.3.1 土体压缩过程变形特点
•     3.3.2 土体侧限固结压缩过程模拟
•     3.3.3 实例分析与验证
•   3.4 土体初始和再压缩分析模型
•     3.4.1 土体压缩变形特性
•     3.4.2 土体初始压缩模型
•     3.4.3 土体再压缩模型
•     3.4.4 实例分析与讨论
•   3.5 土体初始与回弹再压缩分析模型
•     3.5.1 土体初始压缩分析模型
•     3.5.2 土体卸载回弹与再压缩分析模型
•     3.5.3 实例分析与验证
•     3.5.4 压缩模型参数敏感性分析
•   3.6 本章小结
• 第四章 地基沉降分析新方法
•   4.1 概述
•   4.2 基于孔隙介质模型的地基沉降计算方法
•     4.2.1 非线性沉降分析模型的建立
•     4.2.2 土体孔隙介质力学模型的建立
•     4.2.3 附加应力作用下变形参数的变化规律
•     4.2.4 地基沉降分层总和分析方法
•   4.3 基于Walsh公式的地基沉降计算方法
•     4.3.1 Walsh公式
•     4.3.2 地基土变形参数的变化规律
•     4.3.3 地基沉降计算方法
•     4.3.4 基于Walsh公式的地基沉降计算过程
•   4.4 基于等效夹杂理论的地基沉降计算方法
•     4.4.1 特征应变
•     4.4.2 等效夹杂理论
•     4.4.3 地基土变形参数的变化规律
•     4.4.4 地基沉降计算方法
•     4.4.5 基于等效夹杂理论的地基沉降计算过程
•   4.5 本章小结
• 第五章 工程实例地基沉降分析
•   5.1 概述
•   5.2 工程实例一
•     5.2.1 工程概况
•     5.2.2 计算与分析过程
•     5.2.3 计算结果分析与比较
•   5.3 工程实例二
•     5.3.1 工程概况
•     5.3.2 计算与分析过程
•     5.3.3 计算结果分析与比较
•   5.4 工程实例三
•     5.4.1 工程概况及工程地质条件
•     5.4.2 计算与分析过程
•     5.4.3 计算结果分析与比较
•   5.5 工程实例四
•     5.5.1 工程概况及工程地质条件
•     5.5.2 计算与分析过程
•     5.5.3 计算结果分析与比较
•     5.5.4 沉降计算参数敏感性分析
• 结论与展望
•   结论
•   展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间论文、科研及获奖情况）

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李鹏

导师: 曹文贵

关键词: 地基土体,侧限固结压缩,沉降计算,初始压缩,卸载回弹与再压缩,变形模量,三维应力,非线性

来源: 湖南大学

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: 湖南大学

分类号: TU43

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.003987

总页数: 146

文件大小: 7214k

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