精细化人工制备结构性土解构演化表征及其工程应用

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jingliang3334
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软黏土在沿海、湖泊、内河两岸等地区分布广泛,由于软粘土所处地理位置及形成方式的特殊性,使得其具有含水率高、孔径大和压缩变形量大等特征,导致在实际工程中会造成地基排水固结慢、沉降量大等工程问题。同时软粘土在受荷时有明显的屈服强度,表现出由突发性孔隙坍塌引起的变形破坏,这种性质会给工程造成极大危害。为探究土体结构性的破坏机理及解构演变规律,众多学者采用人工制备结构性土的方式对其开展研究。如何确保人工制备结构性土试样物理指标的精准性,这是探究土体结构破坏机理以及解构规律的基础。在此基础上,建立一种能够考虑土体解构演化规律的弹塑性本构模型,解决有效计算和预测结构性软土工程的施工沉降的难题,因此,本文将从以下五个方面着手进行研究:(1)针对当前人工制备结构性土未考虑水泥水化对土样孔隙比的影响,且未对人工制备试样实际孔隙与目标孔隙比的一致性比加以验证,本文重点研究人工制备大孔隙结构性土的实际孔隙比演化特征。通过采用尿素作为形成大孔隙结构性土的添加料,制备了两种不同孔隙比(1.5、1.7)和不同水泥含量(4%、6%)的结构性土,细致分析了水泥水化产物及水浴渗透作用对试样实际孔隙比的影响,探讨了试样在恒温水浴7d、10d、15d以及20d时,由渗透作用引起的实际孔隙比偏差变化规律,并给出了将人工制备结构性土实际孔隙比控制在合理范围的方案。(2)采用一维压缩的方式对不同初始孔隙比(1.5、1.7)和不同水泥含量(4%、5%、6%、7%)的人工制备结构性土进行试验,分析了初始孔隙比和胶结含量这两个因素对土体结构性能的影响。(3)引用结构破损参数η,通过参数变化规律诠释了一维压缩过程中土体胶结骨架的演变过程,细致分析了初始孔隙比和胶结含量对结构性破损参数变化规律的影响,并对结构应力分担比进行量化处理,给出了结构破损参数表达式。(4)以Bothkennar和Pisa黏土结构性特征试验和两种基于实测数据的典型解构函数作为试验依据,探讨了单一初始孔隙比下,不同胶结含量的人工制备结构性土的解构演化规律,并以此为基础建立了两个含单一变量(胶结含量)的人工制备结构性土解构函数。(5)以上下负荷面屈服函数准则为参考,引入土体结构破坏规律,建立了一种能表征结构破坏规律的弹塑性本构模型,并开发了基于ABAQUS的UMAT子程序。以日本有明海岸公路路堤[88]为工程依托,通过基于上下负荷面且考虑结构破坏演化的弹塑性本构模型表征结构性软土地基。采用有限元ABAQUS数值计算软土基础上路堤施工的工程情况。
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