非饱和土中的柱形孔扩张问题的研究

摘要

岩土工程中有很多问题都可以归结为小孔扩张（或小孔收缩）问题上，比如，旁压试验问题，静力触探问题，沉桩施工中的挤土效应等等。小孔扩张理论作为研究上述这些工程问题的一个理论基础，长时间以来就倍受国内外学者间的关注。大量科研工作者对此问题进行了研究，但主要是基于饱和土理论展开。本文将土体视为弹塑性材料，应用非饱和土理论，假设土体符合不同的屈服模型，对柱形孔扩张的过程中，其弹性区以及塑性区的应力分量的分布、位移的分布、弹性区极限应力等问题进行了分析和求解。
　　本文的主要工作及成果如下:
　　1)基于Mohr-Coulomb模型，给出了非饱和土在排水条件和不排水条件下的柱形孔扩张过程的解析解。根据解析解绘出应力分布曲线，将非饱和土中得到的应力分布解析解与饱和土中的解析解进行对比，分析了其中的异同点。
　　2)基于水力力学耦合的非饱和土弹塑性本构模型，研究了非饱和土中的柱形孔扩张问题，给出土体中的应力分布的半解析解。首先基于已有非饱和土本构模型进行适当简化，然后结合排水条件以及不排水条件，推导得到了可通过数值方法求解的一系列具有初值条件的常微分方程。
　　3)采用有限元软件ABAQUS对不同排水条件下，非饱和土中的柱形孔扩张问题进行了数值仿真分析，给出了柱形孔扩张过程中的应力和应变分布曲线。并且将数值模拟得到的分布曲线与理论推导得到结果进行对比，对解析解进行验证。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与目的

1．1．1 问题的提出

1．1．2 研究背景

1．1．3 研究目的

1．1．4 创新点

1．2 小孔问题的国内外研究现状

1．2．1 应变理论的研究

1．2．2 本构模型的研究

1．2．3 对饱和土和非饱和土的研究

1．2．4 小结

1．3 小孔扩张问题弹塑性基本理论

1．3．1 平面问题的基本理论

1．3．2 岩土塑性力学概述

1．3．3 不同排水条件下的小孔扩张问题

1．4 研究内容与方法

2 饱和土中小孔扩张问题的研究(Mohr-Coulomb模型)

2．1 排水条件下的小孔扩张问题

2．1．1 弹性阶段

2．1．2 弹塑性阶段

2．2 不排水条件下的小孔扩张问题

2．2．1 引言

2．2．2 弹性阶段

2．2．3 弹塑性阶段

2．3 饱和土中小孔扩张问题的理论计算结果

2．3．1 排水条件下小孔扩张理论结果

2．3．2 不排水条件下小孔扩张理论结果

2．3．3 小结

3 非饱和土中小孔扩张问题的研究(Mohr-Coulomb模型)

3．1 非饱和土概述

3．1．1 非饱和土与饱和土的联系与区别

3．1．2 有效应力原理

3．1．3 土水特征曲线SWCC

3．1．4 非饱和土中的强度理论

3．2 排水条件下的小孔扩张问题

3．2．1 弹性阶段

3．2．2 弹塑性阶段

3．3 不排水条件下的小子L扩张问题

3．3．1 弹性阶段

3．3．2 弹塑性阶段

3．4 非饱和土中小孔扩张问题的理论计算结果

3．4．1 排水条件下小孔扩张理论结果

3．4．2 不排水条件下小孔扩张理论结果

3．4．3 小结

3．5 与饱和土理论计算结果的对比

3．5．1 排水条件下的对比

3．5．2 不排水条件下的对比

3．5．3 小结

4 非饱和土中小孔扩张问题的研究(水力力学耦合的弹塑性本构模型)

4．1 非饱和土本构模型的建立

4．1．1 非饱和土本构模型的综述

4．1．2 弹性增量关系

4．1．3 屈服面方程

4．1．4 硬化方程

4．1．5 土水特征曲线方程

4．1．6 流动法则和一致性条件

4．1．7 增量本构方程

4．2 控制方程

4．3 弹塑性分析

4．3．1 弹性阶段

4．3．2 排水条件下弹塑性解

4．3．3 不排水条件下弹塑性解

5 小孔扩张问题的数值模拟

5．1 ABAQUS有限元程序简介

5．2 小孔扩张问题的数值模拟

5．2．1 非饱和土有限元模型建立

5．2．2 非饱和土中的数值模拟结果(排水)

5．2．3 非饱和土中的数值模拟结果(不排水)

5．2．4 非饱和土弹塑性区内的应力／应变分布小结

5．3 数值模拟结果与理论计算结果的对比

5．3．1 非饱和土数值结果与理论结果的对比(排水)

5．3．2 非饱和土数值结果与理论结果的对比(不排水)

5．3．3 小结

6 总结与展望

6．1 本文的主要研究成果

6．2 今后的研究方向与展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集