水泥土防渗墙体的应力应变分析及数值模拟

摘要

水泥土搅拌桩作为围护结构或者止水帷幕往往处于一定的围压环境中。水泥土的室内三轴试验可以更符合实际压力环境，故采用室内三轴试验对水泥土力学性能的研究具有非常重要的现实意义。
　　 本课题基于扬州施桥三线船闸基坑工程，选取该基坑工程中的两种土质(粉质粘土，粉砂)，制备大量的水泥土试样，进行室内三轴试验。试验主要考虑土样水泥掺入比、养护龄期、含水率、围压等因素对水泥土力学性能的影响，分析试验数据，给出水泥土的应力—应变规律。应用有限元软件结合扬州施桥三线船闸基坑工程，模拟水泥土防渗帷幕在基坑开挖中的受力与变形情况。本文主要研究成果如下：
　　 1、通过不同水泥掺入比、不同龄期、不同含水率、不同围压以及不同土质的水泥土试样的三轴试验，系统分析了各因素对水泥土的应力—应变关系的影响，总结了各影响因素下水泥土应力—应变关系的变化规律。
　　 2、水泥土的应力—应变说明，提高水泥土的水泥掺入比使水泥土由塑性向脆性变化，弹性区域逐渐增大；养护龄期的增加也使得水泥土的弹性和脆性特征表现明显；被加固土质的差异也影响着水泥土的应力—应变特性；围压的增大使得水泥土的塑性特征更加明显，残余强度也随着围压的增大而明显提高。
　　 3、水泥土三轴剪切试验结果表明，水泥土的剪切强度与水泥掺入比大致成线性增长关系；水泥土的前期强度增长较快，强度与养护龄期的关系呈对数上升；含水率从20％、25％到30％，试样的抗剪强度逐渐增大；粉砂试样与粉质粘土试样的强度比值在1.02～1.31之间；在水泥掺入比较低，养护时间较短的条件下，围压的提高对水泥土强度增长的影响显著。
　　 4、水泥土的变形模量结果表明，水泥掺入量的水泥土的变形模量随着水泥掺入比的增大而增大，当水泥掺入比较低时与变形模量的关系增长比较平缓；而养护龄期T=28d的试样变形模量平均达到龄期T=90d试样变形模量的75％左右。
　　 5、水泥土的c值较原土样加固前提高了几百倍，φ值也有很大的增长，平均增长到32.5°；水泥土应力—应变关系曲线一般表现为硬化型和软化型两种；水泥土试样的破坏形式有脆性剪切破坏、脆性张裂破坏及塑性剪切破坏。
　　 6、应用有限元程序，可以很好地考虑初始地应力场，单元的接触和大变形等问题，利用单元生死功能成功地进行了挖方工程的模拟。
　　 7、有限元模拟结果可以看出，水泥土防渗帷幕墙体的变形呈现明显的规律性，整个墙身的变形趋势可以为基坑边坡变形、稳定的预估提供参考。
　　 8、墙体的应力计算结果表明，墙身出现应力分布与变形状态相对应，开挖过程中墙身应力均在较小的应力状态下；开挖过程中墙身底部是逐步向基坑内侧移动，墙身向基坑外侧产生一定偏转。
　　 9、有限元模拟计算中，采用室内三轴试验结果作为水泥土的计算参数，模拟结果与实测位移比较接近，计算结果能够反映工程实际，可为实际工程的分析提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.1.1水泥土搅拌法的发展

1.1.2水泥土搅拌法的应用

1.1.3水泥土搅拌法的特点及适用范围

1.2国内外研究现状综述

1.2.1水泥土的加固机理

1.2.2水泥土的性能及其影响因素

1.3本文研究的主要内容

2水泥土的三轴试验研究

2.1三轴试验

2.2试验方案

2.2.1试验材料

2.2.2试样制备及养护

2.2.3实验设备

2.2.4设计方案

2.3室内水泥土三轴试验结果及其分析

2.3.1水泥土应力-应变性状

2.3.2水泥土的剪切强度

2.3.3水泥土的变形模量

2.3.4水泥土的三轴试验结果参数

2.3.5水泥土的应力-应变关系模型

2.3.6水泥土的破坏特征

2.4本章小结

3基于ADINA的有限元模拟分析

3.1有限单元法

3.2有限元法在土工数值分析中的应用

3.3 ADINA有限元软件

3.4岩土工程中相关问题在ADINA中的实现

3.4.1初始地应力场

3.4.2挖方工程的模拟

3.4.3土体大小变形分析的区别

3.4.4异性材料间的接触模拟

3.4.5非线性方程的求解

3.5工程实例分析

3.5.1工程概况

3.5.2有限元模拟

3.5.3有限元模拟结果分析

3.6本章小结

4结论与展望

4.1本文主要结论

4.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文