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土钉在拉拔荷载作用下的力学特性研究

作　者: 蒋书文
导　师: 凡友华；殷建华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 土钉极限拉拔力界面荷载传递模型软化性应变梯度塑性理论
分类号: TU476
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 55次
引　用: 1次
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内容摘要

土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术,以其经济、可靠且施工速度快,已在我国得到迅速推广与应用。大量工程实例表明,土钉的破坏形式主要为拔出破坏,且破坏是渐进性的,但由于土钉-土界面相互作用的复杂性,目前还没有完善的关于土钉在拉拔荷载作用下渐进性破坏的土钉应力分布及极限拉拔力的研究成果或规范。因此,本文从土钉-土界面荷载传递模型入手,进而从渐进性破坏角度对土钉在拉拔荷载作用下的应力分布及极限拉拔力进行了理论研究。本文的主要研究内容与成果如下:(1)考虑了土钉-土界面剪切渐进性破坏过程中土体的软化性及伴随发生的应变局部化现象,将应变梯度塑性理论,应用于拉拔荷载作用下简化的土钉-土界面三线性软化型荷载传递模型(Tri-Linear Softening Load Transfer Model,简称,TLSLTM)中。考虑了软化阶段土钉-土界面剪切破坏主要为土颗粒的破碎阶段,忽略弹性软化阶段的弹性剪切位移,即假设土钉-土界面软化阶段的剪切位移为塑性剪切位移,因而得到了残余剪应力对应的剪切位移的理论解析解,并通过土钉拉拔力-拉拔位移理论值与试验值对比,对土钉-土界面荷载传递模型的实用性与适用性进行了间接试验验证,为从理论角度直接研究土钉-土界面荷载传递特性及土钉力学特性提供了依据;(2)对考虑土钉-土界面软化性的简化的三线性界面荷载传递模型中的峰值剪应力对应的剪切位移及残余剪应力对应的剪切位移进行了参数分析,得出:峰值剪应力对应的剪切位移较小,而残余剪应力对应的剪切位移较大,验证了在软化阶段忽略弹性剪切位移的假设是合理的;峰值剪应力对应的剪切位移受剪切带厚度影响较大,残余剪应力对应的剪切位移受剪切带厚度及软化模量的影响较大。(3)从渐进性破坏角度,考虑了土钉在拉拔过程中土钉-土界面的滑移,即土体软化阶段的颗粒破碎以及土钉与土体相比的刚体作用综合影响的滑移作用,在软化阶段与残余阶段分别引入滑移系数来表示两者的滑移关系,基于土钉-土界面三线性软化型荷载传递模型,从渐进性破坏角度推导了土钉应力分布及极限拉拔力的理论解析解,为从渐进性破坏角度对实际工程中土钉的力学特性预测提供了理论依据;(4)用三线性土钉-土界面荷载传递模型及引入的土钉-土界面滑移系数对极限拉拔力进行了参数分析,并得出:三线性软化型土钉-土界面荷载传递模型中的参数及软化阶段、残余阶段土钉-土界面滑移系数对极限拉拔力的影响较大。软化阶段土钉的伸长位移与土钉-土界面剪切位移间的滑移系数越小,极限拉拔力越大,则在软化性土中,若采用理想弹塑性土钉-土界面荷载传递模型计算土钉极限拉拔力,则高估了实际的拉拔力,若采用理想弹脆性界面荷载传递模型,则低估了土钉极限拉拔力。从理论上解释了土钉-土界面三线性软化型界面荷载传递模型对土钉极限拉拔力的影响,为从渐进性破坏角度研究土钉极限拉拔力及通过改善界面性质提高土钉极限拉拔力提供了理论基础,并为基于通过数值模拟技术对土钉力学特性进行研究提供了理论基础。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题背景及意义  10-13
    1.1.1 课题背景  10-12
    1.1.2 课题意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-18
    1.2.1 土钉-土体界面荷载传递模型的研究现状  13-15
    1.2.2 土钉应力分布及极限拉拔力的研究现状  15-18
  1.3 本文主要研究内容  18-20
第2章土的软化性与应变梯度塑性理论  20-29
  2.1 引言  20
  2.2 土的软化性与应变局部化现象  20-22
  2.3 传统塑性理论框架内考虑应变梯度效应的基本原理  22-26
    2.3.1 传统塑性理论与非局部化应变理论  22-24
    2.3.2 考虑应变梯度效应后的应变梯度塑性理论  24-26
  2.4 基于应变梯度塑性理论的塑性剪应变理论解  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章土钉-土界面三线性软化型荷载传递模型  29-42
  3.1 引言  29
  3.2 土钉-土界面三线性软化型荷载传递模型  29-34
    3.2.1 土钉拉拔渐进性破坏过程及土钉局部受力模型的简化  29-31
    3.2.2 考虑土的软化性的土钉-土相互作用中的应变局部化现象  31-32
    3.2.3 土钉-土界面三线性软化型荷载传递模型的提出  32-34
  3.3 土钉-土界面三线性荷载传递模型参数确定的理论解  34-37
    3.3.1 基于虎克定律的弹性剪切位移理论解  34
    3.3.2 基于应变梯度塑性理论的软化段塑性剪切位移理论解  34-37
  3.4 土钉-土界面三线性软化型荷载传递模型参数分析  37-40
    3.4.1 土钉-土界面三线性软化型荷载传递模型影响因素分析  37
    3.4.2 土钉-土界面三线性软化型荷载传递模型参数分析结果  37-40
  3.5 本章小结  40-42
第4章土钉应力分布、拉拔力理论解与界面荷载传递模型试验验证  42-65
  4.1 引言  42
  4.2 土钉应力分布及极限拉拔力的理论解析解推导  42-51
    4.2.1 界面荷载传递模型  42-43
    4.2.2 控制微分方程  43-45
    4.2.3 土钉应力分布及极限拉拔力理论解析解的推导过程  45-51
  4.3 土钉应力分布理论解试验验证  51-56
    4.3.1 土钉轴力理论值与试验值对比及分析  51-53
    4.3.2 土钉-土界面剪应力理论值与试验值对比及分析  53-56
  4.4 土钉极限拉拔力参数分析  56-61
    4.4.1 土钉极限拉拔力影响因素分析  56-57
    4.4.2 土钉极限拉拔力参数分析及结果  57-61
  4.5 土钉-土界面三线性软化型荷载传递模型实用性与适用性验证  61-63
    4.5.1 拉拔力-拉拔位移理论值与试验值对比  61-62
    4.5.2 三线性软化型土钉-土界面荷载传递模型试验验证  62-63
  4.6 本章小结  63-65
结论  65-67
参考文献  67-73
攻读硕士学位期间发表的论文  73-75
致谢  75

土钉在拉拔荷载作用下的力学特性研究

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