基于雙尺度的軟土流變固結理論與試驗研究.pdf

1、土體力學行為的研究通常有宏觀尺度和微觀尺度兩條并行的研究主線。土體在宏觀尺度上表現(xiàn)的力學行為歸根結底是由其微觀尺度的顆粒與結構的特性決定的。因此，宏觀尺度與微觀尺度相結合的研究，將微觀的物理試驗與力學分析用于解釋土的宏觀力學特性具有很強的理論價值與實際意義。現(xiàn)有的軟粘土流變固結研究中較少涉及軟土微觀特性和形態(tài)對軟土流變固結與變形的影響，然而軟土的礦物組成和微觀結構的性質對其流變固結有重要的影響。另外，當前關于流變固結過程中考慮土體自身應

2、力歷史的研究并不多見，理論分析中應當考慮流變固結過程中土壓縮性與滲透性參數(shù)非線性變化的性質。本文正是遵循這一思路，針對軟粘土的流變固結問題，分別在微觀與宏觀尺度上開展了試驗與理論的研究，嘗試為這一經(jīng)典的土力學問題提出一些新的觀點和思路。文中主要的工作如下:
　　(1)對寧波濱海粘土開展GDS先進固結儀試驗，分析研究該類型粘土的非線性壓縮特性和再壓縮特性，對常用的幾種非線性壓縮模型進行擬合分析，為非線性流變固結理論研究提供依據(jù)。對杭

3、州粘土開展微觀尺度試驗，包括:①應用X射線能譜分析測定粘土的元素組成;②采用X射線衍射分析方法對粘土材料進行物相分析;③利用掃描電鏡與壓汞試驗觀測不同壓力等級下經(jīng)固結和流變后粘土的微觀形貌特征，測定其孔隙分布規(guī)律及其變化，為徼結構力學模型的建立提供依據(jù)。
　　(2)在粘土微觀形態(tài)和結構研究的基礎上，提出能描述荷載作用下土體微觀結構變形特性的物理模型。對模型進行力學分析，推導得到宏觀力學參量與微觀參數(shù)之間的關系，應用非線性突變理論建

4、立軟土的微結構力學模型和本構關系。模型中涉及土的孔隙分布、微結構變形特性、粘彈性應力應變關系等，并采用室內土工試驗來驗證其理論的正確性。
　　(3)建立考慮軟土應力歷史的線性與非線性流變固結宏觀唯象模型，在此基礎上得到相應的流變固結控制方程，采用半解析方法對其進行求解。綜合考量地基土體的應力歷史、外部荷載、土的壓縮性、流變性、滲透性、雙層地基土體相對厚度等因素，對考慮應力歷史條件下的單層和雙層地基（帶軟弱下臥層）一維線性與非線性流