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软土的流变性质及其对基坑工程性能的影响分析

作　者: 范志雄
导　师: 林鹏
学　校: 汕头大学
专　业: 结构工程
关键词: 软土流变蠕变模型有限元分析基坑工程时间效应
分类号: TU447
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

汕头属于软土地区,淤泥软土层厚达10m～30m,具有显著的流变特性。土体的流变指变形和应力随时间变化的性质。土的流变会对长期施工或使用的结构物产生不利的影响,比如软土路基的持续发生固结沉降,堤坝、码头因长期受剪应力而缓慢移动,边坡、挡土墙在长期使用过程中虽未产生位移增量,也可能因墙后土体强度降低而失稳。近年来大型基坑工程越来越多,往往开挖的时间很长,这加剧了软土流变性质对工程的不利影响,比如地基的长期沉降、基坑支护结构因长期受土体侧向作用而产生滑移甚至失稳。因此,研究软土的流变性质,揭示土体的变形和应力随时间变化的规律,预防和降低流变性质对工程的不利影响,是岩土工程中一个重要的课题。本文对汕头淤泥软土进行了一系列的流变试验,并建立了一个经验蠕变模型。所进行的流变试验有一维压缩、三轴、直剪的蠕变试验以及应力松弛试验,还考虑了应力历史影响的影响。由试验结果可以发现,汕头淤泥软土的流变特性显著,压缩蠕变变形所占比例高达13%,考虑蠕变后的强度视不同的条件下降了7%～40%,可见蠕变现象值得引起重视;考虑应力历史后,压缩蠕变变形和蠕变强度都有所提高,这为工程中减少蠕变的影响提供了一条技术路径。本文对直剪蠕变试验的结果进行整理分析,拟合出一个修正的Singh-Mitchell经验模型,得出的应力-应变-时间关系可恰当描述汕头淤泥软土在不同应力水平条件下的变形随时间变化的规律;该模型可为汕头地区考虑流变影响的相关工程的数据分析提供参考,如大型填海工程,软土路基工程等。本文结合工程实际,利用有限元程序分析流变性质对基坑工程的影响。澄海区人民医院改扩建住院大楼基坑工程位于汕头软土地区,所处位置下有20m左右厚的淤泥软土层,基坑挖深6.4m,施工过程长达三个月。通过一维固结蠕变试验得到Plaxis程序中软土蠕变模型的参数,模拟开挖的整个过程,分析分步开挖对基坑的影响,引入时间因子分析支护结构在长期施工过程中其变形和内力的变化情况,并和实际监测数据作比较。希望通过这些工作,为以后基坑的设计和施工提供一些有益的参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 前言  10-11
  1.2 研究意义  11-12
  1.3 国内外发展动态  12-16
    1.3.1 流变试验  12
    1.3.2 流变本构模型  12-14
    1.3.3 流变对岩土工程的影响  14-16
  1.4 研究工作  16-17
    1.4.1 研究内容  16-17
    1.4.2 问题分析  17
  1.5 新颖之处  17-19
第2章软土的蠕变性质分析  19-36
  2.1 一维固结下软土的蠕变性质分析  19-23
    2.1.1 一维固结试验  19-20
    2.1.2 结果分析  20-23
  2.2 剪切状态下软土的蠕变性质分析  23-30
    2.2.1 仪器简介  23-24
    2.2.2 试验过程  24
    2.2.3 影响因素  24-25
    2.2.4 结果分析  25-30
  2.3 三轴压缩状态下软土的蠕变性质分析  30-36
    2.3.1 仪器及准备  31
    2.3.2 试验过程  31-32
    2.3.3 结果分析  32-36
第3章软土的应力松弛性质分析  36-40
  3.1 仪器及准备  36
  3.2 试验过程  36-37
  3.3 结果分析  37-40
第4章应力历史对软土流变的影响分析  40-46
  4.1 一维固结下应力历史的影响  40-43
    4.1.1 试验过程  40
    4.1.2 再压缩指数和次固结系数  40-42
    4.1.3 考虑应力历史的蠕变性质  42-43
    4.1.4 工程意义  43
  4.2 剪切状态下应力历史的影响  43-46
    4.2.1 结果分析  43-46
第5章软土流变的经验模型  46-52
  5.1 经典的Singh-Mitchell 蠕变模型  46-47
  5.2 修正的Singh-Mitchell 蠕变模型  47-51
    5.2.1 推导过程  47-48
    5.2.2 拟合过程  48-51
  5.3 小结  51-52
第6章考虑软土流变性质的工程应用  52-72
  6.1 Plaxis 中的软土蠕变模型  52-61
    6.1.1 经典的一维蠕变模型  53-54
    6.1.2 关于变量τ_c 和ε_c  54-56
    6.1.3 一维蠕变的微分法则  56-58
    6.1.4 三维模型  58-61
    6.1.5 刚度参数  61
  6.2 确定软土蠕变模型的参数  61-62
  6.3 考虑时间效应的基坑工程性能分析  62-72
    6.3.1 工程概况  62-64
    6.3.2 建立三维计算模型  64-67
    6.3.3 结果分析  67-72
第7章结论及展望  72-74
  7.1 结论  72-73
  7.2 展望  73-74
参考文献  74-77
致谢  77

软土的流变性质及其对基坑工程性能的影响分析

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