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近年来,在我国土木建设的高速发展极大的满足了人们的生活需求的同时,我们也看到了有关工程事故的报道。其中不乏涉及到岩土体的变形与稳定问题,而岩土体的本构模型和参数的选取是进行岩土体变形与稳定性分析的根本依据,其本构关系和参数的正确与否,直接影响到岩土体工程评价和分析的准确性。
以往土体的参数和本构关系模型研究思路大都是采用对土体试件加载的方法确定,然而这样得出的结果不能很好的应用于卸载工程,比如基坑开挖等。因为基坑卸载与加载应力路径刚好相反,这样一来,前人研究出来的土体本构关系和土体参数在基坑开挖设计运用当中缺乏其合理性,就有必要对其进行验证或修正,然后才能应用。
以往对土体试验研究主要采用普通三轴而不是真三轴进行试验,该类试验没有考虑土体中主应力的影响,建立的本构模型也很少考虑中主应力,这与土体的实际三维受力不相符合,这样求得的土体的参数不能很好的反映土体的物理特性。
针对武昌粉质粘土特性与本构关系主题,本文主要开展了如下工作:
(1)武昌地区工程地质及物理力学性质分析。通过调研方式了解了武汉地区的工程地质分布特,征,调查研究表明:武昌地区粉质粘土物理指标平均值的变化范围不大且指标的离散性也不大,分布基本是均匀;而在力学指标中的压缩系数变异和强度指标变异较大。
(2)采用两种三轴试验仪器对基坑土体加卸荷特性研究。本文采用了普通三轴和真三轴试验仪器并遵循实际土体开挖的卸载应力路径研究了土体的强度参数和变形特性,所做的试验有:分别进行了考虑初始应力和不考虑初始应力的固结排水和不排水加载与卸载试验,绘制出相应的应力~应变关系曲线;了解了卸荷的土体强度和变形规律等。
(3)研究了中主应力对土体强度差异的影响。在理论上进一步说明了中主应力对土体强度在固结排水和不排水情况下的影响,并且从表达式上能够说明当中主应力等于1时所得表达式与普通三轴对土体影响相一致。
(4)粉质粘土卸荷土体本构关系研究。对土体在真三轴试验下的应力~应变关系曲线与邓肯~张模型曲线进行了比较研究,提出了符合武昌粉质粘土工程特性的修正邓肯~张模型。
(5)工程应用研究。在NDINA平台上编写修改了邓肯~张模型子程序,然后对武昌深基坑土体工程的开挖进行有限元模拟分析,最后将模拟计算结果与实际监测的结果作比较,验证了修正后的本构模型正确性与工程适用性。
本文创新之处在于以下几点;
(1)采用真三轴试验仪器在考虑KO固结的情况下,对武昌地区的原状粉质粘土进行卸荷实验研究,研究其在实际应力路径情况下的应力应变特性和原状土体的参数,使其尽可能反映土体的真实特性,为武昌地区深基坑工程设计与施工提供理论依据。
(2)推导了武昌粉质粘土在kO固结情况下的弹性模量和剪切模量表达式,该表达式能反映武昌粉质粘土的卸荷特性。
(3)对以加载应力路径为基础建立的邓肯张模型进行了修正,修正后的邓肯张模型考虑了中主应力的影响,使其适应武昌地区粉质粘土的应力应变关系特性,计算显示,修正模型能反映武昌粉质粘土应力应变规律。