基于雙尺度的軟土流變固結(jié)理論與試驗研究.pdf

1、土體力學(xué)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(xué)行為歸根結(jié)底是由其微觀尺度的顆粒與結(jié)構(gòu)的特性決定的。因此，宏觀尺度與微觀尺度相結(jié)合的研究，將微觀的物理試驗與力學(xué)分析用于解釋土的宏觀力學(xué)特性具有很強的理論價值與實際意義?，F(xiàn)有的軟粘土流變固結(jié)研究中較少涉及軟土微觀特性和形態(tài)對軟土流變固結(jié)與變形的影響，然而軟土的礦物組成和微觀結(jié)構(gòu)的性質(zhì)對其流變固結(jié)有重要的影響。另外，當(dāng)前關(guān)于流變固結(jié)過程中考慮土體自身應(yīng)

2、力歷史的研究并不多見，理論分析中應(yīng)當(dāng)考慮流變固結(jié)過程中土壓縮性與滲透性參數(shù)非線性變化的性質(zhì)。本文正是遵循這一思路，針對軟粘土的流變固結(jié)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(xué)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(jié)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(jié)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(yīng)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(jié)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(jié)構(gòu)力學(xué)模型的建立提供依據(jù)。
　　(2)在粘土微觀形態(tài)和結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，提出能描述荷載作用下土體微觀結(jié)構(gòu)變形特性的物理模型。對模型進行力學(xué)分析，推導(dǎo)得到宏觀力學(xué)參量與微觀參數(shù)之間的關(guān)系，應(yīng)用非線性突變理論建

4、立軟土的微結(jié)構(gòu)力學(xué)模型和本構(gòu)關(guān)系。模型中涉及土的孔隙分布、微結(jié)構(gòu)變形特性、粘彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等，并采用室內(nèi)土工試驗來驗證其理論的正確性。
　　(3)建立考慮軟土應(yīng)力歷史的線性與非線性流變固結(jié)宏觀唯象模型，在此基礎(chǔ)上得到相應(yīng)的流變固結(jié)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(yīng)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(yīng)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