合肥非饱和膨胀土蠕变试验与模型研究

论文摘要

我国是膨胀土分布广泛的国家之一,其中以中南和西南地区最多,安徽合肥正处于中部地区,是膨胀土分布比较密集的地方。广泛分布于合肥及其周边的膨胀土在工程建设中遇到很多的问题,如挡土墙完工后会发生位移、边坡随着时间的增长会失稳、高层建筑物的长期变形,墙面的开裂和道路地面沉降等,这些现象经过研究表明,均与膨胀土的蠕变特性有关。目前国内外对膨胀土蠕变特性研究很多,也有一些新的进展,但由于地区的局域性和特殊性,一些经验公式和积分模型公式并不能完全反映土体的真实蠕变情况。所以针对以上问题,研究本地区典型膨胀土的蠕变特性是十分必要的。一方面可以完善和发展土力学理论,另一方面可以在实际工程中提供一些参数以及预测,确保工程施工顺利进行。本论文在综合国内外相关文献的基础上,将某建筑工地的现场土样做为试验对象,通过一些室内基本力学试验、理论分析和数值分析相结合的方法进行了系统的研究,并在最后将两种拟合效果比较好的模型与合肥另外两处典型膨胀土土样蠕变数据进行对比,主要取得的研究成果和一些结论如下。1.通过阅读和研究大量的国内外关于土体蠕变特性的文献,总结了近年来蠕变模型和研究方法,并对各种研究方法做出了系统的介绍,给出了其适用范围和存在的问题。2.系统的研究了合肥地区膨胀土的基本特性和成因,阐述了膨胀土的多种判别方式。对于膨胀土的胀缩原因,提出两大因素的影响,并通过本次试验土样的重塑试验,对起始含水率和浸水饱和吸水量之间的关系作出分析。3.先通过室内单轴压缩试验确定土样单轴压缩强度,再利用线性叠加原理对土样进行单轴压缩蠕变试验,经过5次分级加载试验,绘制了本次土样的衰减蠕变特性曲线,最后对数据曲线图给出了分析对比。4.利用两种常用的验模型公式和三种元件组合蠕变本构模型对本次试验结果做了统计,分别给出了本次试验的土样应变-时间关系计算公式,对工程有一定的经济和指导意义。结果表明Mesri蠕变经验模型和Burgers元件组合模型是符合本次土样的蠕变特性的。5.将Mesri蠕变经验模型和Burgers元件组合模型的计算曲线与合肥地区另外两处典型弱膨胀土蠕变曲线进行对比,结果表明在低应力水平下,Mesri模型能够反映土体变形情况,而在高应力水平下可以用Burgers元件组合模型描述。6.最后利用岩土工程分析软件FLAC3D对本次试验土样进行数值模拟分析,验证了所建模型的有效性,这在工程应用中有很大的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 附表清单
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 课题背景
• 1.2 国内外蠕变理论研究进展
• 1.2.1 蠕变理论的发展简介
• 1.2.2 国外蠕变变理论发展概况
• 1.2.3 我国近年来岩土蠕变变理论发展概况
• 1.3 本文研究主要内容和技术路线
• 1.4 本章小结
• 第二章 膨胀土的基本物理力学性质试验
• 2.1 膨胀土的基本特性
• 2.1.1 膨胀土的分布和其成因
• 2.1.2 膨胀土的特征及其工程判别方式
• 2.1.3 膨胀土的判断指标和测定
• 2.1.4 膨胀土的胀缩特性
• 2.2 常规室内物理性力学性质试验
• 2.3 本章小结
• 第三章 室内单轴蠕变试验
• 3.1 蠕变特性原理
• 3.2 蠕变变形的区别和划分
• 3.3 蠕变特性的影响因素
• 3.4 试验准备工作和仪器选择
• 3.5 试验步骤及相关问题的处理
• 3.5.1 试验加载方式的选择
• 3.5.2 试验步骤和方法
• 3.5.3 蠕变试验结果
• 3.6 蠕变试验数据的分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 蠕变本构模型应用和验证
• 4.1 蠕变本构模型的原理
• 4.1.1 蠕变经验模型计算公式
• 4.1.2 蠕变模型基本元件
• 4.1.3 蠕变元件组合模型
• 4.1.4 损伤模型
• 4.2 蠕变模型经验公式
• 4.2.1 Singh-Mitchell蠕变模型
• 4.2.2 Singh-Mitchell蠕变模型的计算
• 4.2.3 Singh-Mitchell蠕变模型经验模型精度检验和分析
• 4.2.4 Mesri蠕变模型
• 4.2.5 Mesri蠕变模型的计算
• 4.2.6 Mesri蠕变模型经验模型精度检验和分析
• 4.3 组合原件模型分析
• 4.3.1 Maxwell模型原理
• 4.3.2 Maxwell模型应用和分析
• 4.3.3 Kelvin模型原理
• 4.3.4 Kelvin模型应用和分析
• 4.3.5 Burgers模型原理
• 4.3.6 Burgers模型应用和分析
• 4.4 模型验算分析
• 4.4.1 Mesri蠕变经验模型验算
• 4.4.2 Burgers蠕变模型验算
• 4.5 本章小结
• 第五章 FLAC-3D数值模拟和应用
• 5.1. FLAC-3D简介
• 5.2 FLAC-3D在岩土工程中的应用
• 5.3 蠕变变形FLAC-3D分析
• 5.3.1 模型建立
• 5.3.2 蠕变参数的确定
• 5.3.3 过程模拟和结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录：150kPa下FLAC3D模拟蠕变程序
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果