基于掏土孔应力扰动法的孔周塑性区范围研究

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目前,当倾斜建筑需要加快回倾速度时,水平掏土迫降纠倾技术主要依靠增加掏士孔数量或者扩大掏土孔直径的方法,然而使用这种方法可能由于掏土孔过大而造成建筑突沉,使建筑结构遭到破坏。针对普通浅层掏土法下倾斜建筑回倾速度慢、沉降不均匀的问题,提出“掏土孔应力扰动法”。推导得到掏土孔应力扰动法下的塑性区计算公式,通过掏土孔周应力扰动试验及数值模拟探究应力扰动前后的孔周土体应力变化规律和实际塑性区范围,验证掏土孔应力扰动法下塑性区计算公式的正确性。此方法能够加快建筑回倾速率,为实际建筑纠倾工程提供理论指导。主要研究内容及结果如下:1、阐述掏土孔应力扰动法作用机理,推导塑性区半径公式。引用岩石力学中关于地下洞室开挖后无压洞室不均匀围压下的弹性应力解和塑性应力解,由弹性圈和塑性圈交界处的应力相等得到塑性区计算公式。考虑应力扰动开挖对孔周土体的扰动作用,引入土体扰动度来表示土体的扰动程度,修正扰动开挖下的粘聚力c和内摩擦角,得到了掏土孔应力扰动法下的塑性区半径公式。2、通过掏土孔应力扰动试验,测量得到了应力扰动前后掏土孔周的应力变化,结合土孔形态变化得到了实际掏土孔周塑性区范围。根据掏土孔应力扰动法下的塑性区公式求解掏土孔周的理论塑性区半径,通过对比实际塑性区和理论塑性区范围的大小,结果表明:当掏土孔半径为100mm,应力扰动范围为孔径1/2时,塑性区范围能够扩大30%~40%,应力扰动法能够有效扩大塑性区范围,加快建筑回倾速度,对掏土纠倾工程具有实际应用价值,验证了塑性区半径计算公式的正确性。3、分别对三种工况(1)试验中应力扰动前后(2)上部应力100k Pa,掏土孔径为50mm、80mm、100mm(3)掏土孔径100mm,上部应力为80k Pa、120k Pa、150k Pa条件下的掏土孔周塑性区进行有限元数值模拟。探究不同孔径和上部应力下孔周塑性区范围的大小及变化规律,结果表明:各工况下塑性区的模拟结果与理论值一致,孔周塑性区的大小与掏土孔径的大小成正比,而随应力的增长呈非线性增长。
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