软土的次固结特性试验及计算模型研究

摘要

流变是软土变形理论研究中的关键问题之一，很多工程事故都与土体的流变有关。因此，对软土的蠕变次固结变形特性进行专门的研究是十分有意义的。 本文利用单向固结仪及应力控制式三轴剪切流变仪，对取自汕揭和汕汾高速公路路基的原状软土和部分重塑土样，进行了单向以及三轴固结排水情况下的次固结变形特性试验研究。 为了对软土的单向次固结特性进行深入的研究，本文在单向次固结试验中考虑了荷载大小、不同历时、超固结与正常固结、重塑土与原状土、分级加载与分别加载等因素对软土次固结变形的影响；在三轴排水条件下考虑了固结压力、偏应力和时间对次固结体积应变和剪应变的影响；在详细分析试验结果的基础上建立了单向和三维条件下次固结应变的经验公式。 具体内容和结论如下： 1．利用轻便型固结仪和高压固结仪对不同压力作用下软土次固结变形规律进行了研究，研究结果表明：原状软土的次固结系数与压力有关，超固结试样的次固结系数随着压力的增加而增大，正常固结试样的次固结系数随着压力的增加而减小。建立了考虑压力对次固结变形影响的一维次固结经验公式，并结合工程实际对该经验公式进行了验证。 2．对不同历时条件下软土次固结变形规律进行研究，结果表明：对于正常固结土，不同历时下e～1g p曲线并不是平行线，而是一组斜率随荷载而减小的曲线。对Bjerrum不同历时的对数模型进行了修正，提出了能反映次固结特性的次固结沉降计算方法。 3．采用双曲线形式对单向次固结试验的次固结应变与时间关系进行了拟合，建立了一个三参数的单向次固结经验公式。通过实例计算和分析得出双曲线拟合应变与时间关系的经验公式适合于次固结特性不是很强的一般粘土和无粘性土，对于结构性较强和含水率较高的软粘土，用应变与时间对数的关系来表示变形随时间变化更符合软土的变形特性。 4．利用应力控制式三轴剪切流变仪器，进行了不同围压及偏应力状态下软粘土排水次固结变形试验。考虑了橡皮膜的渗漏对体积变形量测的影响，对实测体积变化量进行了修正，得出三轴条件下次固结应变(轴向应变、体积应变和剪切应变)随时间变化的规律；建立了考虑时间因素影响的三维次固结经验模型，为三维有限元计算提供了依据，并给出了三维次固结沉降量计算的基本思路。 5．对本文工作进行了总结，并提出了今后工作的方向和改进的建议。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2土体流变研究现状

1.2.1流变模型研究综述

1.2.2流变试验研究现状

1.2.3流变计算研究综述

1.3软粘土次固结理论国内外研究进展

1.3.1软土固结过程的机理分析

1.3.2考虑蠕变问题的固结理论

1.3.3次固结影响因素分析

1.3.4次固结变形的经验计算方法

1.4本文的主要研究工作和技术路线

第二章压力对软土次固结特性影响的研究

2.1试验装置及试验土样

2.1.1试验装置

2.1.2试验土样

2.2试验方法及试验内容

2.2.1试验方法

2.2.2试验内容

2.3试验结果分析

2.3.1主固结完成时间确定

2.3.2孔隙比与时间对数关系

2.4次固结系数的变化规律分析

2.4.1前期固结压力的确定

2.4.2次固结系数与压力的关系

2.4.3次固结系数的变化规律分析

2.5次固结变形量计算方法探讨

2.5.1 Cα～p关系为双曲线(方法1)

2.5.2考虑历时对e～lgp斜率影响的次固结计算(方法2)

2.5.3 Cα为常数(方法3)

2.6本章小结

第三章软粘土一维次固结的双曲线模型

3.1试验结果分析

3.1.1总应变与时间关系

3.1.2次固结应变与时间关系

3.1.3试验结果分析

3.2次固结双曲线模型参数分析

3.2.1试验结果的双曲线拟合

3.2.2次固结应变模型参数的确定

3.3一维双曲线模型的建立

3.3.1模型的建立

3.3.2.模型的验证

3.4实例计算

3.5本章小结

第四章软粘土三轴次固结特性试验

4.1试验方法及试验内容

4.1.1试验方法

4.1.2试验内容

4.2试验结果及规律分析

4.2.1轴向总应变

4.2.2次固结开始时间的确定

4.2.3次固结轴向应变

4.3次固结体积应变特性

4.4次固结剪应变特性

4.5本章小结

第五章软粘土三维次固结模型

5.1软土三轴次固结应变分析

5.1.1次固结轴向应变

5.1.2次固结体积应变

5.1.3次固结剪应变

5.2三维模型的建立

5.3模型检验

5.4三维次固结有限元计算方法

5.4.1次固结应变随时间的变化

5.4.2求次固结应变的各分量

5.4.3有限元计算

5.5本章小结

第六章总结和展望

6.1主要结论

6.2创新点

6.3展望

参考文献

攻读博士学位期间完成的学术论文、论著及科研成果

致谢