超固结土时间相依变形特征试验及本构模型表征

摘要

随着“十二五规划”的实施，我国高速公路、高速铁路建设正处于快速发展的扩张时期，目前的营运里程均位于世界前列。随着覆盖面的增大，道路网不可避免的从东部迅速向西南部、中西部延伸，这些地区地形地质条件更加复杂，高填深挖及半填半挖等高填方路基极其普遍，对路基土的长期变形控制提出了苛刻的要求，因此有效计算和预测高速公路、高速铁路路基的施工和工后沉降仍是道路建设科技领域的重要课题，其中建立能够反映土体流变特性的率相关弹粘塑性本构模型被认为是解决这一问题的有效途径。
　　本研究主要内容包括：⑴通过两种自制击样装置以及标准重型击实钻芯取样等三种方式制备压实土样，对路基压实土开展了一维固结试验，研究击实功、击实冲量、含水率以及压实度等多种因素对路堤回填土超固结应力历史的影响，为超固结土本构模型参数----先期固结压力Pc的确定提供试验基础。⑵对饱和重塑土开展了不同超固结比 ORC（16、8、4、2、1）和不同应变速率（0.5625％/min、0.0375%/min、0.0025%/min）条件下的不排水三轴剪切压缩试验，探究了超固结比、应变速率和围压等对超固结重塑土的强度变形特性、孔隙水压力以及应力路径的影响，归纳总结了应力-应变以及应力路径中归一化不排水抗剪强度、归一化孔隙水压力、有效应力比等参量在OCR和应变率影响下的演化关系。⑶对不同压实度（90%、93%、96%）非饱和压实土开展了不同加载速率（0.1mm/min、0.01mm/min）以及不同围压（50kPa、100kPa、200kPa）条件下的固结排水三轴剪切压缩试验，并提出借助 GDS饱和土静态三轴仪的围压控制器来间接测定非饱和压实土体变的途径，并探讨了非饱和压实土的抗剪强度指标。⑷讨论了5类过应力函数形式，结果表明超固结粘土的过应力函数应采用指数或幂次形式，改进了下负荷面的超固结比退化函数，通过引入两个能通过实验测定的率敏性参数c0和m'，建立了全新的弹粘塑性本构模型；对饱和、非饱和超固结土的率敏性试验、超固结土的剪切蠕变试验预测结果表明，提出的模型能够较好的表征饱和、非饱和超固结土的率敏性、应变软化、硬化及剪胀、剪缩等特征，为此类高级模型进行工程应用奠定基础。⑸以兰（州）海（石湾）高速公路K50+650~K50+860坝式路堤为工程依托，采用提出的超固结土弹粘塑性本构模型，通过ABAQUS数值计算复杂边界条件下高填方路堤工况，结合现场观测结果，有效的预测了高填路堤长期沉降，为工后沉降控制提供指导，同时验证了本构模型的正确性。

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第1章 绪 论

1.1 引 言

1.2 国内外研究现状

1.3 现有研究存在的问题

1.4 主要研究内容

第2章 超固结土的应力历史试验研究

2.1 引 言

2.2 试验用土的基本物理力学性质试验

2.3 路基压实土应力历史形成机制

2.4 路基压实土的应力历史试验

2.5 试验结果分析

2.6 本章小结

第3章 饱和超固结重塑土的率敏性三轴试验

3.1 引 言

3.2 饱和超固结重塑土的率敏性试验

3.3 试验结果及分析

3.4 本章小结

第4章 非饱和超固结压实土的率敏性三轴试验

4.1 引 言

4.2 实验设备

4.3 试验方案

4.4 非饱和压实土的体变测定

4.4 试验结果及分析

4.5 本章小结

第5章 超固结土弹粘塑性本构模型及验证

5.1 引 言

5.2 超固结土弹粘塑性本构模型

5.3 饱和超固结土模型验证

5.4 非饱和超固结土模型验证

5.5 超固结土蠕变特性验证

5.6 本章小结

第6章 基于弹粘塑性本构模型的高填方路堤工后沉降数值分析

6.1 引 言

6.2 高填方路堤工后沉降的数值模拟

6.3 数值模拟结果及分析

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 主要结论

7.2 存在的问题

7.3 研究工作的展望

参考文献

致谢

个人简历及在学期间的研究成果