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沿海固化双层地基应力与变形的研究

作　者: 卢淑雯
导　师: 王宁伟
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 沿海固化双层地基人工硬壳层板体效应封闭作用室内平板载荷试验
分类号: U656.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

对某沿海地区的滩涂软土进行土壤固化处理,在软土表面形成一层覆盖面积大、厚度小、强度高、硬化较快的人工硬壳层。该硬壳层对地基的下卧软土部分具有一定的封闭作用,而且该封闭作用对整个固化地基的附加应力的扩散和集中均有重要影响。通过进行室内试验及有限元模拟分析,得出硬壳层的封闭作用能够有效的遏制整个固化地基的变形、减小地基的沉降。滩涂地区,由人工硬壳层与下卧滩涂软土共同构成的固化双层地基,其地基承载力相对于沿海滩涂将会成倍的提高。本文通过研究硬壳层的封闭作用,对沿海固化双层地基应力与变形,进行有数值分析,在实际工程应用中有巨大的工程意义和经济效益。通过室内无侧限抗压强度试验,研究了人工硬壳层的形成、加载变形,给出了沿海固化双层地基时,人工硬壳层硬化且强度增长的基本工期、无侧限抗压强度的提高幅度以及改善硬壳层脆性破坏模式的方案。本文采用Winkler薄板理论,研究并分析了人工硬壳层的板体效应以及硬壳层类似于梁承载的性能。通过进行大量的有限元模拟,针对上覆人工硬壳层对固化地基中竖向、水平附加应力的扩散和封闭作用,给出了详细的数值分析。考虑到沿海固化双层地基上覆硬壳层的封闭作用,对滩涂地基的沉降及变形有明显的遏制作用,该封闭作用,对固化地基的承载力将会明显的提高。对全封闭、半封闭的固化地基以及滩涂软地基进行有限元模拟,给出了全封闭硬壳层及半封闭硬壳层对地基沉降、附加应力的不同影响。然后,针对全封闭的固化地基进行了有限元模拟和数值分析,研究了人工硬壳层各个物理力学参数对封闭作用的影响,以及封闭作用对固化地基竖向、水平向附加应力的影响,首次用朗肯土压力理论解释了硬壳层封闭作用产生的内因。另外,进行了沿海固化双层地基的室内平板载荷试验,通过数值分析硬壳层相关物理力学参数发生改变时,人工硬壳层对沿海固化双层地基承载力的提高及地基沉降变形的减小作用,给出了人工硬壳层各物理力学参数与地基承载力特征值的指数和线性关系曲线。最后,对全文所做的工作进行了总结,并对下一步研究工作进行了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-23
  1.1 概述  9-10
  1.2 软土地基处理的研究进展  10-13
    1.2.1 软土地基的处理方法研究进展  11
    1.2.2 软土固化技术的研究进展  11-12
    1.2.3 土壤固化剂的研究进展  12-13
  1.3 固化双层地基附加应力场的研究进展  13-16
    1.3.1 双层地基理论研究进展  13-14
    1.3.2 数值模拟研究进展  14-16
  1.4 固化双层地基相关试验的研究进展  16
  1.5 固化双层地基承载力及破坏模式的研究进展  16-17
  1.6 固化双层地基变形和沉降的研究进展  17-19
  1.7 论文研究进行的指导思想  19-21
    1.7.1 人工硬壳层对地基附加应力的扩散作用  19-21
    1.7.2 人工硬壳层对地基附加应力的封闭作用  21
  1.8 论文研究的基本内容  21-23
第二章人工硬壳层室内强度试验的研究  23-44
  2.1 软土地基固化的机理  23-25
    2.1.1 土壤固化技术的机理  23-24
    2.1.2 固化土的形成  24-25
  2.2 人工硬壳层的室内试验研究  25-43
    2.2.1 试验准备  25-26
    2.2.2 试验过程  26-28
    2.2.3 试验结果  28-34
    2.2.4 室内试验分析  34-40
    2.2.5 试验数据分析  40-43
  2.3 小结  43-44
第三章硬壳层对软土地基附加应力影响的数值分析  44-91
  3.1 概述  44
  3.2 建立数值计算模型的理论  44-47
    3.2.1 分析硬壳层板体效应的经典理论  44-45
    3.2.2 应力扩散研究的指导思想  45-46
    3.2.3 封闭作用产生的内因分析  46-47
  3.3 人工硬壳层板体效应的研究  47-57
    3.3.1 建立计算模型  47-48
    3.3.2 Winkler 经典理论  48-51
    3.3.3 计算条件  51-53
    3.3.4 计算步骤  53-55
    3.3.5 算例  55-56
    3.3.6 计算结果分析  56-57
  3.4 建立有限元分析模型  57-62
    3.4.1 三维几何模型  57
    3.4.2 土体本构模型的选取  57-59
    3.4.3 Mohr-Coulomb 本构模型破坏准则  59-62
  3.5 三维有限元模拟分析  62-69
    3.5.1 三维力学模型及本构模型参数  62-63
    3.5.2 三维有限元模型变形研究  63-65
    3.5.3 三维有限元模型应力研究  65-68
    3.5.4 硬壳层封闭作用产生的水平应力研究  68-69
  3.6 二维有限元数值分析  69-90
    3.6.1 建立二维有限元力学模型  69-71
    3.6.2 硬壳层全封闭作用与半封闭作用的分析  71-75
    3.6.3 荷载作用下均质滩涂地基的附加应力研究  75-76
    3.6.4 硬壳层对竖向附加应力扩散作用的研究  76-80
    3.6.5 硬壳层对水平附加应力扩散及封闭作用的研究  80-90
  3.7 小结  90-91
第四章沿海固化双层地基承载力的研究  91-103
  4.1 沿海固化双层地基有限元模型及参数  91-92
  4.2 沿海固化双层地基沉降及变形有限元分析  92-101
    4.2.1 分级加载时沿海固化双层地基沉降图分析  92-94
    4.2.2 分级加载时沿海固化双层地基位移变形图分析  94-97
    4.2.3 硬壳层厚h 对固化地基沉降及变形的影响  97-100
    4.2.4 硬壳层弹性模量E1 对固化地基沉降及变形的影响  100-101
  4.3 硬壳层弹性模量、厚度与地基承载力的关系  101-102
  4.4 小结  102-103
第五章固化地基的室内平板载荷试验研究  103-116
  5.1 概述  103
  5.2 室内平板载荷试验的准备  103-104
    5.2.1 试验材料及仪器  103
    5.2.2 硬壳层的无侧限强度试验  103-104
  5.3 室内平板载荷试验步骤  104-107
    5.3.1 室内平板载荷试验设计  104-105
    5.3.2 平板载荷试验的过程  105-107
  5.4 试验结果  107-114
    5.4.1 室内试验结果记录表  107-112
    5.4.2 室内试验结果分析  112
    5.4.3 硬壳层弹性模量 E1 对固化地基承载和变形的影响  112-113
    5.4.4 硬壳层厚度 h 对固化地基承载和变形的影响  113-114
  5.5 硬壳层弹性模量、厚度与地基承载力的关系  114-115
  5.6 小结  115-116
第六章结论与展望  116-118
  6.1 总结  116-117
  6.2 论文的主要创新点  117
  6.3 展望  117-118
参考文献  118-123
作者简介  123
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  123-124
致谢  124-125

沿海固化双层地基应力与变形的研究

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