硬壳层作用下软土应力应变及沉降分析

论文摘要

软土广泛分布于我国沿海、内陆沉积盆地、平原以及湖泊相沉积区域,而在软土的上部,主要由于大气循环以及温度的变化,以及土体中水分的蒸发,导致上部土体广泛分布有一层硬度较大的土层,相比下覆软土地基,其密实度较大、压缩性和抗剪强度较高,具有一定的刚度,能够承担一部分外部荷载,被称之为硬壳层。由于硬壳层特殊的力学性质作用,国内外研究学者对具有类似硬壳层效应的双层地基土,进行了大量的基于室内试验和野外试验相结合的研究工作,并提出了基于弹性理论和弹塑性理论的线弹性理论范围内和弹塑性理论范围内不同边界条件下的线性、非线性解析解和相关数值模型,对进一步研究具有应力扩散效应的软土硬壳层的应力应变和沉降问题起到了很好的促进作用。但是对于上硬下软的双层地基,由于硬壳层带来的应力扩散问题一直以来没有一个量化的公式来求解,因此对于这类地层的临塑荷载的应力计算以及相关的沉降分析计算尚未成熟,尤其是对于软土上的硬壳层的作用机理以及承载、双层地基的耦合变形等工程特性尚无较为系统、深入的研究,仍处于试验阶段。本文选取洞庭湖湖心区K1-K12段具有特殊的硬壳层的上硬下软双层地基作为研究分析的对象,以原位载荷试验作为实际土体应力应变和沉降分析的基础,结合室内原状土力学实验参数,对硬壳层的沉降特性的力学模型以及沉降和应力扩散的理论公式的推导,并进行了有意义的探索工作。从土体强度理论和土体极限平衡理论出发,通过对硬壳层的力学性质的研究,得出以下主要理论研究成果：（1）推导了考虑硬壳层应力扩散效应的临塑荷载Pcr’公式,通过分析发现,新临塑荷载Pcr’对具有硬壳层的这类地基土的应力扩散效应进行充分的考虑,对后续沉降计算精确性的提高提供了依据。（2）推导出了基于地基临塑荷载的软土地基切线模量修正系数Rf’,通过对原有切线模量的修正,提高了沉降计算结果的准确性,也避免了因随机选取实际经验系数而带来的理论缺陷和计算误差。（3）通过分析发现,软土地基上硬壳层的厚度、上覆荷载的宽度对上硬下软的双层地基的临塑荷载Pcr’以及修正切线模量Rf’有直接的影响,其中以硬壳层的厚度影响最大。（4）通过对上硬下软的双层土的刚度比的分析,随着刚度比的增大,其沉降计算结果越接近实测结果。

论文目录

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• 图件目录
• 表格目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 硬壳层应力扩散效应的概念
• 1.2.2 硬壳层应力扩散效应研究现状
• 1.2.3 研究展望
• 1.3 研究内容和技术路线
• 第二章 现场载荷试验承载力特性分析
• 2.1 载荷试验实验原理
• 2.2 载荷试验技术要求及应用
• 2.2.1 载荷试验技术要求
• 2.2.2 载荷试验的应用
• 2.2.4 研究地层的工程地质概述
• 2.2.5 实验曲线
• 2.3 试验曲线分析
• 第三章 考虑硬壳层作用的地基应力计算
• 3.1 地基土附加应力计算
• 3.1.1 J.Boussinesq附加应力计算
• 3.1.2 Flamant应力计算方法
• 3.2 考虑硬壳层应力扩散作用的应力计算方法
• 3.2.1 应力扩散角计算方法
• 3.2.2 简化系数计算方法
• 3.2.3 简化三角形计算方法
• 3.3 本章小结
• 第四章 考虑硬壳层作用的地基压缩沉降计算方法
• 4.1 传统地基固结沉降计算方法
• 4.1.1 单向压缩沉降计算方法
• 4.1.2 考虑三向变形效应的单向压缩沉降计算方法
• 4.1.3 三向变形沉降计算方法
• 4.1.4 应力路径法
• 4.1.5 有限单元计算方法
• 4.2 考虑硬壳层作用的土体临塑荷载计算方法
• cr'>4.2.1 载荷试验确定地基土的临塑荷载P_cr
• cr''>4.2.2 基于极限平衡区的临塑荷载P_cr'
• t和修正系数的计算和应用'>4.3 切线模量E_t和修正系数的计算和应用
• cr'的地基土修正切线模量E_t'>4.3.1 基于临塑荷载P_cr'的地基土修正切线模量E_t
• f'和修正切线模量E_t'>4.3.2 修正系数R_f'和修正切线模量E_t
• 4.3.3 修正后的分层总和沉降公式
• 第五章 硬壳层对软土沉降计算的影响参数分析
• 5.1 概述
• 5.2 沉降计算的影响参数
• 5.2.1 硬壳层厚度影响
• 5.2.2 硬壳层的抗剪强度和内摩擦角的影响
• 5.2.3 硬壳层应力扩散效应的深度及计算最大破坏深度
• 5.2.4 传统双层地基沉降计算方法参数取值与预估计算沉降
• 5.2.5 基于新临塑荷载的地基沉降计算与实测结果对比分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在校期间的研究成果
• 致谢