多维度耦合循环应力路径下饱和软粘土响应特性试验研究

摘要

实际工程荷载多为在时域中周期性变化的动荷载（循环荷载），交通移动荷载便是一种常见的循环荷载，而在此工况下地基土单元所受应力路径十分复杂，其中一个重要特性便是多维度应力耦合作用，不仅竖向应力循环变化，水平应力和剪应力也会随之周期性变化。在这种多维度应力耦合场中开展土体响应特性研究，旨在还原土体更真实的受力状态，势必将有助于了解和探究土体在实际受力条件下的服役性能。我国沿海地区是交通工程的密集区，而这一区域广泛分布着深厚的软粘土层。在复杂动应力耦合场作用下软粘土因其强度低、压缩性强而易发生较大变形甚至破坏进而导致上部结构失效并引发工程灾害，故而针对软粘土进行多维度耦合应力作用下的试验研究将有助于探究软粘土地基灾变机理并发展相应的灾变控制技术。
　　本文针对温州原状软粘土试样采用GDS动静真三轴仪和动态空心圆柱系统开展了一系列多维度耦合应力路径试验研究，主要完成了以下工作:
　　(1)通过真三轴应力路径下竖向-水平耦合单调剪切试验，探讨了不排水条件下温州原状软粘土饱和试样在不同程度水平应力下的应力-应变、超静孔压响应及强度特性。同时将各试验破坏点投影至三维应力空间的偏平面上得到温州软粘土的破坏面形状，并采用目前在学界认可度较高的Mohr-Coulomb模型、Lade-Duncan模型以及SMP模型对试验所得破坏面进行了拟合，以确定更适合描述温州软粘土单调剪切特性的强度模型，为后续多维耦合循环剪切特性研究提供基础。
　　(2)借助ABAQUS软件将由真三轴单调剪切试验所确定的更适合描述温州软粘土强度特性的Lade-Duncan准则通过UMAT子程序端口嵌入计算模型中，针对有砟轨道路堤进行了三维计算，分析了交通移动荷载下土单元的应力路径变化情况，为后文进行多维度耦合循环加载试验所需的应力路径提供理论依据。
　　(3)通过动态真三轴试验研究了竖向-水平耦合循环应力路径下各向异性固结软粘土的动应变、动孔压、应力-应变滞回曲线和回弹特性的演化规律，并对比分析了竖向-水平循环应力耦合比、循环应力水平以及循环振动频率对饱和原状软粘土的动力响应特性的影响。
　　(4)采用GDS动态空心圆柱试验仪进行了一系列竖向-扭剪耦合循环应力路径试验，研究了各向异性固结饱和软粘土在竖向-扭剪耦合应力场作用下的动应变、动孔压、应力-应变滞回曲线以及回弹模量的发展变化情况，并就不同循环应力水平及循环振动频率下的演化规律进行了对比分析。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 研究现状及文献综述

1．2．1 单一维度循环应力路径下软粘土试验研究

1．2．2 竖向-水平耦合循环应力路径试验研究

1．2．3 竖向-扭剪耦合循环应力路径试验研究

1．3 本文的主要工作

第2章 试验仪器及土样

2．1 前言

2．2 试验仪器

2．2．1 静动真三轴试验系统

2．2．2 动态空心圆柱系统

2．3 试验土样

2．3．1 原状软粘土的获取和质量检测

2．3．2 试验土样的物理力学指标

第3章 真三轴应力路径下饱和软粘土剪切特性

3．1 前言

3．2 试验方案

3．3 试验过程

3．3．1 试样制作与安装

3．3．2 试样饱和及固结

3．3．3 单调加载

3．4 试验结果及分析

3．4．1 应力-应变响应特性

3．4．2 孔压响应特性

3．4．3 强度破坏准则

3．5 本章小结

第4章 竖向-水平耦合循环应力路径下饱和软粘土动力特性

4．1 前言

4．2 试验应力路径

4．2．1 三维计算模型

4．2．2 计算应力路径分析

4．3 试验方案

4．4 试验过程

4．4．1 试样饱和及固结

4．4．2 竖向-水平耦合循环加载

4．5 试验结果及分析

4．5．1 循环应变响应特性

4．5．2 应力-应变滞回曲线和回弹特性

4．5．3 累积应变响应特性

4．5．4 孔压响应特性

4．6 本章小结

第5章 竖向-扭剪耦合循环应力路径下饱和软粘土动力特性

5．1 前言

5．2 试验方案

5．3 试验过程

5．3．1 试样制作与安装

5．3．2 试样饱和与固结

5．3．3 竖向-扭剪耦合循环加载

5．4 试验结果及分析

5．4．1 应力路径加载结果

5．4．2 循环应变响应特性

5．4．3 应力-应变滞回曲线和回弹特性

5．4．4 累积应变响应特性

5．4．5 孔压响应特性

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 进一步研究建议

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表(录用)论文