昆明盆地泥炭土渗透变形特征及变形本构模型研究

论文摘要

昆明盆地泥炭土是一种特殊的土体,因其天然含水量很高、渗透系数较低,且具有一定的膨胀性,导致其工程力学性质特殊。为弄清滇池泥炭土的变形特征,本文选取昆明盆地泥炭土为研究对象,根据现场工程试验数据,结合室内模型模拟试验,对有上覆荷载和渗透作用下土体的变形特征进行研究。在此基础上,运用数理分析,建立泥炭土在有渗流影响下的变形本构模型,为工程建设提供理论依据。本文采用室内模型模拟试验,模型比例约为1：6。模型箱规格为L×B×H=1.4m×1m×1.2m的长方体容器。将滇池北部地区扰动土样置入箱体,并埋设一定数量的土压力计、孔隙水压力计、位移计等仪器进行相关参数观测。将扰动土样和仪器一起在箱内自然喷淋沉降固结6个月,使土体体积沉降至接近原状样体积,则其密度、孔隙比等物理力学性质基本达到原状样水平。通过加载与渗透监测试验,采集了大量试验数据。通过对试验数据的分析,得出了如下研究结论：(1)使用振弦式土压力盒、孔隙水压力计以及多点位移计等仪器测量土体的应力、位移等参数是可行的,其中的多点式位移计对于土体竖向位移的测量乃至推导其变形量都是相当有用的；土压力盒和孔隙水压力计同样有着很高的测量精度与稳定性,对于以后进行类似土工试验提供了一个参考。(2)昆明泥炭土是一种特殊的土体,它是一种弹塑性体,有着一定的膨胀性,属于弱膨胀性土壤。在无渗透条件下,其变形规律与一般软土有所不同,其侧向变形较垂向变形更大,在有限压缩过程中,其孔隙度的变化总体较小,体现该软土的垂向力学强度较好,垂向节理总体较发育,压载对渗透性的影响总体较小。在有渗透条件下,其变形规律较为复杂,孔隙水压力变化速率呈现由上之下逐渐降低的趋势,变形速率的变化趋势与孔隙水压力变化类似。(3)通过对土体变形、孔隙水压力和土压力的实时监测,根据广义胡克定律、全量理论、有效应力原理,探讨并建立了应力与应变的本构模型,该模型经与现场测试数据相结合,计算结果的拟合度较好,说明该模型对模拟渗透条件下的昆明盆地泥炭土的变形规律基本的合适的。本试验研究由于受到加载条件的限制,没有对更高加载强度条件下的渗透变形规律进行深入的试验,但本试验结果为下一步高强度加载条件下的渗透变形试验打下了初步的基础。初步的变形规律为下一步深入研究提供了新的试验设计依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 泥炭土的研究现状
• 1.2.2 渗流规律研究的发展
• 1.2.3 本构模型研究现状
• 1.2.4 膨胀性研究现状
• 1.3 研究目的和研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容及研究方法
• 1.3.3 技术路线
• 第二章 泥炭土形成机制及基本特性
• 2.1 形成年代及空间分布
• 2.2 物质成分和微观结构
• 2.2.1 矿物质成分
• 2.2.2 泥炭土的有机含量及化学构成
• 2.3 本章小结
• 第三章 试验的理论基础和试验准备
• 3.1 土的力学模型
• 3.1.1 有效应力原理
• 3.1.2 弹性变形与胡克定律
• 3.1.3 邓肯--张模型
• 3.2 土的膨胀特性
• 3.3 泥炭土应力应变试验
• 3.3.1 试验所用仪器
• 3.3.2 试验准备
• 3.4 本章小结
• 第四章 含水量相对稳定时泥炭土变形规律研究
• 4.1 试验过程
• 4.2 试验结果分析
• 4.2.1 加荷载使土体结构稳定
• 4.2.2 泥炭土在卸荷环境下的应力应变关系
• 4.2.3 土样的塑性变形
• 4.3 本章小结
• 第五章 渗流条件下泥炭土变形规律
• 5.1 试验过程
• 5.1.1 使土样饱和进行分析
• 5.1.2 施加固定荷载对比土样变形
• 5.2 渗流情况下的土样压力及变形规律
• 5.3 本章小结
• 第六章 泥炭土变形规律及本构模型研究
• 6.1 土体变形规律
• 6.2 应力扩散原理
• 6.3 公式中各项应力参数
• 6.4 实例计算
• 6.5 试验数据与原状土的对比
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录