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双层地基承载与变形特性研究

作　者: 问延煦
导　师: 周健
学　校: 同济大学
专　业: 岩土工程
关键词: 双层地基硬壳层封闭作用临塑荷载力学模型应力路径经验模型
分类号: TU433
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

开发硬壳层的工程利用价值，早已为工程界所关注。可是，由于未掌握硬壳层地基的性质，缺少可靠依据和受传统观念影响，人们往往还像对待一般软土地基那样用排水固结等方法处理，结果破坏了硬壳层的结构，耗费了大量资金，而效果却不如人意，使用期间的地基沉降仍然大量发生。这些地区迫切希望能够利用硬壳层的作用代替这种浪费资财且劳而无功的不合理做法。深入研究硬壳层地基的变形和承载特性，找出利用硬壳层的具体措施，已经成为软土地基的重要课题和亟需解决的问题之一。硬壳层对其下卧的软土层具有两种作用，荷载面积下的硬壳层起到了应力扩散的作用，而荷载面积以外的硬壳层则起到了封闭作用。围绕在这两种作用下双层地基承载性状和变形规律问题，开展了以下相关的研究工作：1．当硬壳层相对较薄而下卧软土处于流塑状态，硬壳层／荷载宽度的比值小于“地基基础规范02”的0.25下限值时，运用正交试验方法设计并进行了室内模型试验，研究影响此时双层地基承载性状的主要因素，为有效利用现有的硬壳层，充分挖掘地基承载力提供参考性依据。2．限于目前的实验条件，尚无法同时测得地基中一点的水平向应力和竖向应力，故无法透彻对封闭作用的力学本质进行分析。为此，利用PFc程序作为工具建立力学模型，分析了封闭作用下软土层中应力场的分布规律（弹性阶段）。3．以应力场分布规律（弹性阶段）为基础，结合应力路径的分析方法，从机理上阐明了封闭作用对双层地基临塑荷载及沉降的影响，并推导了考虑硬壳层应力扩散作用和封闭作用影响的双层地基临塑荷载计算公式。同时指出，传统的弹性力学分析方法无法考虑硬壳层的封闭作用对下卧软土层承载力的贡献。4．受到模型试验和现场试验得出的沉降～荷载半对数曲线呈两段直线形式的启示，以经典太沙基一维固结理论为基础，建立了双段线形式的e～log₁₀σ′本构一维固结模型，作为预测双层地基二维沉降曲线的经验模型。然后通过三个实例的计算分析，检验了该模型的预测能力。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-25
  1.1 问题的提出  12-13
  1.2 双层地基附加应力场分析方法研究进展  13-18
    1.2.1 理论研究  13-16
    1.2.2 数值计算研究  16-17
    1.2.3 试验研究  17-18
  1.3 双层地基临塑荷载研究进展  18-19
  1.4 双层地基荷载板P-S曲线特征  19
  1.5 双层地基固结研究进展  19-23
    1.5.1 理论研究  19-22
    1.5.2 数值计算研究  22
    1.5.3 试验研究  22-23
  1.6 本文的研究思路及所做工作  23-25
第2章双层地基室内模型试验  25-46
  2.1 试验设计及其相关的基本概念  25-27
    2.1.1 用正交表安排试验  25-27
  2.2 试验的主要步骤  27-31
  2.3 试验的结果  31-39
  2.4 试验结果的处理  39-41
  2.5 对试验结果的分析  41-44
  2.6 本章小结  44-46
第3章双层地基应力场分布(弹性阶段)的数值模拟  46-91
  3.1 数值模拟力学模型的建立基础  46-56
    3.1.1 封闭作用产生的内因分析  46
    3.1.2 封闭作用的应力场分布力学模型概述  46-47
    3.1.3 PFC程序介绍  47-56
  3.2 模型的构建  56-59
    3.2.1 构建的步骤  56-57
    3.2.2 模型的参数  57-58
    3.2.3 试验加载及相关量的量测  58-59
  3.3 力学模型模拟试验结果  59-88
    3.3.1 基础板宽度  59-70
    3.3.2 硬壳层的厚度  70-77
    3.3.3 硬壳层的刚度  77-84
    3.3.4 软土层的厚度  84-88
  3.4 本章小结  88-91
    3.4.1 竖向附加应力  89
    3.4.2 水平向附加应力  89-90
    3.4.3 K_0值  90-91
第4章双层地基临塑荷载和沉降分析研究  91-103
  4.1 封闭作用对双层地基临塑荷载影响的机理分析  91-93
    4.1.1 应力路径简介  91-92
    4.1.2 封闭作用对软土表层中一点应力路径的影响  92-93
  4.2 考虑硬壳层应力扩散作用和封闭作用的软土地基临塑荷载  93-99
    4.2.1 公式推导的思路  93-94
    4.2.2 公式推导  94-99
  4.3 封闭作用对双层地基沉降影响的机理分析  99-101
    4.3.1 剪应力对沉降的影响  99-100
    4.3.2 从机理上分析封闭作用对双层地基沉降的影响  100-101
  4.4 本章小结  101-103
第5章双层地基二维沉降曲线研究  103-120
  5.1 目前双层二维地基沉降计算方法  103-108
    5.1.1 第一类方法存在的不足  104-105
    5.1.2 第二类方法存在的不足  105-108
  5.2 经验模型的建立  108-111
    5.2.1 经验模型建立的思路  108
    5.2.2 经验模型的建立  108-111
  5.3 利用Crank-Nicholson差分法求解经验模型方程  111-114
  5.4 经验模型实例分析  114-119
    5.4.1 实例1  114-115
    5.4.2 实例2  115-117
    5.4.3 实例3  117-119
  5.5 本章小结  119-120
第6章结论与展望  120-122
  6.1 结论  120-121
  6.2 进一步工作的方向  121-122
致谢  122-123
参考文献  123-129
个人简历在读期间已撰写的学术论文  129

双层地基承载与变形特性研究

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