非饱和沙漠地基土的理论和工程应用研究

论文题目: 非饱和沙漠地基土的理论和工程应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 韩晓雷

导师: 黄义

关键词: 土坡稳定性,无限条,电子表格法,非饱和土,沙漠砂,抗剪强度,地基处理,渗透系数,浸水密实法,模拟试验

文献来源: 西安建筑科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 工程学科的科学研究问题来源于工程实际,工程学科科学研究的任务是解决工程所遇到的问题,工程学科科学研究的目的是运用科学研究成果指导工程实践。这是论文作者对工程学科的科学研究的理解,也是本论文的主导思想。 “九五”期间我国制定了稳定东部发展西部的石油开发战略,并将西部石油开发的重点放在了塔里木盆地。由于沙漠表面的干粉砂层厚且松散,一般认为其压实性能差、抗剪强度低,是制约沙漠石油工程建设的重要因素。为了能在沙漠中安全、合理、经济地进行建设,顺利实施沙漠石油开发战略,中国石油天然气总公司(原)和塔里木石油勘探开发指挥部(原)提出了编制塔里木沙漠地基勘察、设计、施工技术规定的科技攻关目标。在列入“九五”科技工程攻关计划的“塔里木石油工程技术研究”项目中设立了“沙漠油田地面建设工程技术研究”课题,全面启动了沙漠地基的现场、室内实验和工程应用技术研究。该项目的完成不仅需要开创性地开展大量的室内外试验研究,而且需要建立相关的理论以指导沙漠石油工程建设。本论文的工作就是其中的研究内容。为解决塔克拉玛干沙漠石油井场干粉砂场地基础施工过程中遇到的浸砂坑浸水量计算问题,根据浸水坑蓄水高度为零,砂是各向同性的均质体和水在粉砂中的流动呈层流状态等假设,引用达西渗透定律, 首次开展了粉砂场地上的浸砂坑浸水量问题理论研究,通过理论分析,得到了塔克拉玛干沙漠井场干粉砂场地基础施工中常见的圆形、矩形和∏形浸水坑的浸湿砂体积计算公式;引入了持水量的概念,给出了上述三种浸水坑的浸水量计算公式。对塔中404井井架基础∏型坑的浸水量进行了工程计算和验证。通过一系列现场试验,首次提出了浸水密实法的沙漠地基加固理论,给出了浸水量计算公式和计算方法;该方法以本文给出的沙漠干粉砂场地基础施工中遇到的各种不同形状、不同尺寸和不同浸水深度要求的浸水坑浸水量计算方法和计算公式作为理论和设计计算基础,首次在塔中—63井井架基础下实施应用,并在以后建设的塔中16排—10井等多个沙漠腹地井场建设中成功应用。1999年建设的全部7口井架基础均采用了该方案进行施工,节约建设资金约210万。后续建设的沙漠腹地井架基础全部采用了此方案,为国家节约了大量建设资金,取得了显著的经济效益。根据沙漠砂的特性和塔克拉玛干沙漠地基研究的需要,开展了塔克拉玛干沙漠砂渗透系数的室内测试,开创性的开展了沙漠砂持水量试验和非饱和沙漠砂室内侧限压缩试验研究。所得试验、测试成果可供塔克拉玛干沙漠石油工程建设或相近的地质条件下的工程建设参考或应用。第一个提出了非饱和沙漠砂的研究问题;开展了非饱和沙漠砂的直接剪切试验和三轴剪切试验研究;在试验研究的基础上,首先建立了考虑密实程度影响的非饱和沙漠砂强度准则和不同密实度非饱和沙漠砂的强度准则确定方法,给出了可应用于沙漠工程实践的塔克拉玛干沙漠地基强度参数。基于所建立的非饱和沙漠砂的强度准则,给出了与之相对应的屈服函数;基于非饱和沙

论文目录:

1 绪论

1.1 岩土工程问题及其特点

1.2 岩土工程学科的发展

1.3 土坡稳定性分析的现状

1.3.1 无粘性土坡的稳定性分析

1.3.2 粘性土坡的稳定性分析

1.3.3 粘性土坡圆弧滑动体的整体稳定分析

1.3.4 费连纽斯条分法

1.3.5 边坡稳定性分析的有限单元法及其他数值分析方法

1.3.6 统计矩法

1.3.7 中心点法

1.3.8 JC法

1.3.9 遗传进化法

1.3.10 神经网络法

1.3.11 分形几何法

1.3.12 反分析法

1.3.13 模糊测度理论

1.3.14 灰色系统理论

1.4 “沙漠油田地面建设工程技术研究”课题的提出

1.5 非饱和土的研究现状

1.6 桩基工程的实践和理论研究现状

1.7 本论文研究的主要工作

2 沙漠地基浸水密实法的理论及试验研究

2.1 沙漠井场干粉砂场地基础施工中的浸水量计算

2.1.1 沙漠井场干粉砂场地中的浸水量计算问题的提出

2.1.2 浸湿砂体积计算的基本假定

2.1.3 相同时段内任意方向的渗流长度

2.1.4 沙漠石油工程中三种常见的不同形状浸水坑的浸湿砂体积计算

2.2 沙漠地基浸水密实法的试验研究与工程应用

2.2.1 沙漠地基(干粉砂场地)浸水密实法的提出

2.2.2 沙漠干粉砂浸水密实法的试验研究

2.2.3 沙漠干粉砂浸水密实法的工程应用及设计计算

3 沙漠砂的渗透试验、持水量试验和压缩试验研究

3.1 沙漠砂的渗透系数测定和持水量试验

3.1.1 渗透系数的测试方法和原理

3.1.2 沙漠砂渗透系数的测试结果

3.2 沙漠砂持水量试验

3.2.1 试验目的

3.2.2 试验结果及分析

3.3 非饱和沙漠砂的侧限压缩试验

3.3.1 试验目的

3.3.2 试验结果及分析

4 非饱和沙漠砂强度试验及本构关系研究

4.1 非饱和沙漠砂的直剪试验

4.2 非饱和沙漠砂强度准则的建立及其指标确定

4.3 考虑密实程度影响的非饱和沙漠砂强度准则确定方法

4.4 对非饱和沙漠砂强度准则的实验验证

4.5 非饱和沙漠砂的本构关系

4.5.1 应力状态、应力张量和应力偏量、应力不变量和应力偏量不变量

4.5.2 应力空间、应力空间中的各种应力、洛德角和洛德参数

4.5.3 非饱和沙漠砂的屈服条件

4.5.4 非饱和沙漠砂的本构关系

4.6 塔克拉玛干沙漠砂内摩擦角的现场测试研究

4.6.1 塔克拉玛干沙漠砂内摩擦角的现场测试方法及原理

4.6.2 塔克拉玛干沙漠砂坡角的现场测试

4.6.3 沙漠砂坡角的现场测试结果

4.6.4 测试结果分析及结论

5 土坡稳定性分析的无限条法

5.1 沙漠自然边坡的稳定性问题

5.2 非饱和直立沙漠砂边坡的稳定性试验研究

5.3 土坡稳定性分析的无限条分法

5.3.1 基本原理

5.3.2 粘性土坡稳定性分析的无限条分法的公式推导

5.3.3 粘性土坡稳定性分析的无限条分法的Excel电子表格计算

6 天然沙漠地基上井架基础底面压力的现场测试研究

6.1 研究背景

6.2 天然沙漠地基上井架基础底面压力的现场测试研究

6.3 测试结果分析

6.4 研究结论

7 沙漠场地短桩的现场测试及承载机理研究

7.1 沙漠场地桩侧摩阻力分布规律的室内试验研究

7.1.1 研究方案及测试设备

7.1.2 试验结果分析

7.1.3 沙漠场地中的摩阻力计算

7.2 沙漠井架基础承台底面压力和桩承载机理的现场测试研究

7.2.1 沙漠井架基础承台底面压力和桩承载机理现场测试研究问题的提出

7.2.2 沙漠井架基础承台底面压力和桩承载机理的现场测试

7.2.3 土压力盒的现场测试及测试结果分析

7.2.4 桩侧摩阻力的现场测试

7.3 沙漠井架基础承台底面压力和桩承载机理的现场测试研究结论

7.4 沙漠场地短桩的承载机理室内模拟试验研究

7.4.1 沙漠场地短桩的室内模拟载荷试验遵循的规范和模拟试验原理

7.4.2 沙漠场地短桩的室内模拟载荷试验概况

7.4.3 沙漠场地短桩的室内模拟载荷试验

7.4.4 试验结果分析

7.4.5 模拟基桩静力载荷试验结果分析及工程桩承载力确定

7.4.6 桩的极限摩阻力分析

7.4.7 沙漠场地短桩的室内模拟载荷试验研究的主要结论

8 本论文的主要研究结论与展望

8.1 本论文完成的主要工作和相关结论

8.2 与本论文研究相关的后续工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表论文、出版教材、著作、承担科研项目及获奖情况

发布时间: 2005-07-19

参考文献

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[2].热—水—力耦合条件下非饱和土的热传导特性及调控机理研究[D]. 周嵩.武汉大学2014
[3].水力—力学耦合的非饱和土本构关系及其数值算法研究[D]. 李吴刚.大连理工大学2018
[4].非饱和冻土力学特性及微观机理研究[D]. 刘振亚.北京交通大学2018
[5].非饱和土的吸力与强度理论研究及其试验验证[D]. 李顺群.大连理工大学2006
[6].非饱和土强度变形实用计算方法[D]. 凌华.河海大学2006
[7].非饱和土体变试验研究及其在地面沉降中的应用[D]. 汪东林.大连理工大学2007
[8].基于数字图像测量的非饱和压实土应力—应变特性研究[D]. 董建军.大连理工大学2008
[9].非饱和土的理论探讨及膨润土加砂混合物的试验研究[D]. 李培勇.大连理工大学2007
[10].非饱和土两相流模型及其应用研究[D]. 徐炎兵.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）2008

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