考虑孔隙水压作用的软土卸荷蠕变模型及二次开发研究

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软土大量分布于深圳、上海等沿海城市,是一种区域性特殊土。近年来我国对沿海城市建设的发展尤为重视,大量软土基坑如雨后春笋般出现,并且呈现“深、大、紧”等特点。工程实践表明,基坑开挖属于典型的卸荷工程,且基坑失稳破坏需要经历大量时间。另外,沿海地区具有较高位的地下水,基坑施工扰动会产生不易消散的孔隙水压,对基坑软土的强度和力学特性具有削弱作用,引起基坑土体产生流变现象,因此开展孔隙水压作用下软土卸荷蠕变力学研究对于软土基坑设计和施工具有重要现实意义。近年来学者们对软土的卸荷特性研究已经得到了大量的成果,然而软土具有典型的区域特性,且前人的研究很少考虑孔隙水压对软土力学特性的弱化作用。因此,论文以深圳市福田区某大型基坑的软土为研究对象,以软土三轴试验、分析其力学特性并通过软件进行数值分析三者并行的方式,对孔隙水压和卸荷比耦合作用下软土的弱化开展研究。论文主要的结论如下:(1)为模拟基坑开挖不同位置经受的卸荷应力路径,以全自动应力应变控制式三轴仪进行卸荷力学特性试验,包括四种卸荷比(R=0.0、0.5、2.0、4.0),三种初始固结围压(100k Pa、200k Pa、300k Pa)和四种孔隙水压(u=0k Pa、20k Pa、40k Pa、60k Pa)。试验发现,软土对卸荷应力路径非常敏感,且随着孔隙水压的增大软土卸荷强度明显降低;另外,论文通过双曲线拟合,对邓肯张模型进行修正,得到了不同卸荷应力路径下的切线变形模量公式,并通过拟合将孔隙水压的弱化作用带入该变形模量公式。(2)以软土卸荷力学试验为基础,进行软土卸荷蠕变试验。通过蠕变试验发现,软土的卸荷蠕变呈现明显地非线性特性,并与孔隙水压成正比关系,即软土蠕变的非线性越明显孔隙水压越高;另外孔隙水压越大,软土蠕变的屈服应力也具有显著减小。(3)通过软土蠕变试验,以元件模型理论为基础,构建适用于软土蠕变特性的本构模型,并利用数学优化软件进行拟合,辨识其参数是否与试验结果相似。(4)在分析不同孔隙水压作用下软土蠕变曲线特性及参数变化的基础上,基于VS2010软件和拉格朗日有限差分软件开发平台,对卸荷蠕变模型进行二次开发。修改过程分别修改头文件、源文件,并生成可供软件识别的动态数据库,最后利用拉格朗日有限差分软件软件调用本模型,并对其进行验证。该蠕变模型对研究软土区域性,丰富软土卸荷应力路径研究具有指导意义。
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