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软岩饱和初始刚度增大强度减小,它影响了软岩基础上实际工程的受力。论文着重研究了孔隙水涨胀效应对软岩力学性能的影响,分析孔隙水受压涨胀作用的机理,以试验和计算揭示饱和软岩刚度和强度的变化,建立孔隙水涨胀效应本构模型并应用于实际工程计算。
1、建立了孔隙水力学作用的模型。分析孔隙水在饱和软岩受压时的力学效应,推导出饱和软岩的体积刚度、孔隙液压以及孔隙率与时间的关系,在高倍显微镜下观察到孔隙水的排出过程,用恒载单轴压试验和计算相互验证了饱和软岩单轴压刚度的提高以及刚度随着孔隙水排出而逐渐下降的过程。
2、根据孔隙水化学物理作用和力学涨胀效应所占比重的不同以及材料的孔隙特性不同将饱和材料分为三类,以试验证明孔隙水涨胀效应对软岩刚度的提高及其对最终强度的降低作用。
3、研究饱和软岩受拉时孔隙水的作用特性。进行了软岩饱和状态与自然干燥状态的抗拉对比试验,抗拉试验结果验证了饱和软岩在受拉时孔隙水只有化学物理侵蚀作用而无力学涨胀效应的作用特性。
4、研究饱和软岩双轴压时孔隙水的作用特点。进行了软岩饱和状态与自然干燥状态的双轴抗压对比试验,以恒侧载和变侧载两种加载模式分别试验得出孔隙水在双轴压力下的涨胀作用方式和特点。
5、建立饱和软岩复杂应力下的本构模型。将各试验结果进行整合,构造了饱和软岩本构模型,以孔隙水的影响因子ξ来体现孔隙水的涨胀效应,并对模型的自洽性、合理性进行论述;编制的饱和软岩的三维有限元分析程序,计算简单模型结果表明,考虑为饱和软岩时孔隙水明显地影响了结构的内力分布。
6、将饱和软岩本构模型应用于工程实际。针对软岩本身的非线性特征和饱和时的涨胀效应特性,发展了一套双迭代系统算法来实现;对某砼拱坝进行自然干燥与饱和状态的对比计算分析。结果表明,坝肩岩石饱和时改善了坝体的受力分布和位移,但同时也降低了坝肩岩石本身的安全度储备。