考慮擾動影響的土體狀研究.pdf

1、隨著城市化進程的加快,隧道、樁基和基坑等工程的施工日益頻繁,由此帶來的環(huán)境問題越來越引起人們的重視。在工程施工過程中,不可避免地會對土體產(chǎn)生擾動,使得土體性狀不斷發(fā)生變化。而室內(nèi)試驗測定的物理力學(xué)參數(shù)只能反映土體在特定狀態(tài)下的性狀,無法描述其在工程施工全過程中的動態(tài)變化。于是,本文在前人研究基礎(chǔ)上,探討了擾動對土體性狀的影響。主要工作和研究成果如下:
　　 (1)以中國ISO標(biāo)準砂和福建中級砂為試驗材料,分別進行了干砂三軸壓縮試

2、驗和飽和砂三軸排水剪切試驗。試驗結(jié)果表明:隨著密實度的增加,飽和砂和干砂的應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率逐漸增大;干砂主應(yīng)力差的峰值以及飽和砂主應(yīng)力比的峰值也均呈增大的趨勢。在試驗基礎(chǔ)上,基于擾動狀態(tài)概念理論,以相對密實度為擾動參量,建立了統(tǒng)一擾動函數(shù)。
　　 (2)基于統(tǒng)一擾動函數(shù)并結(jié)合干砂的三軸壓縮試驗結(jié)果對Duncan-Chang模型中的參數(shù)K和(σ1-σ3)f進行修正,建立了考慮擾動影響的修正Duncan-Chang模型。在給定砂土

3、材料參數(shù)d、g以及初始狀態(tài)的Duncan-Chang模型參數(shù)的基礎(chǔ)上,可通過本文修正模型預(yù)測任意擾動度下的砂土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。模型預(yù)測與試驗結(jié)果對比表明:修正Duncan-Chang模型可以更好地反映擾動狀態(tài)下砂土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。
　　 (3)基于Lade-Duncan模型,以SMP準則構(gòu)建勢函數(shù),建立了一種新的砂土彈塑性模型--SMP-Lade模型。試驗資料表明:與Lade-Duncan模型相比,SMP-Lade模型的預(yù)測值

4、更接近于試驗結(jié)果。同時,新模型所需的10個參數(shù)可通過常規(guī)的三軸試驗測得,利于模型應(yīng)用。
　　 (4)根據(jù)統(tǒng)一擾動函數(shù)并結(jié)合飽和砂的三軸排水剪切試驗結(jié)果對SMP-Lade模型參數(shù)K和(κf-ft):向進行修正,建立了考慮擾動影響的SMP-Lade模型。算例分析表明:SMP-Lade模型無法對擾動狀態(tài)下砂土性狀進行準確預(yù)測,而只要給定材料參數(shù)χ、ψ以及初始狀態(tài)下的SMP-Lade模型參數(shù),采用考慮擾動影響的SMP-Lade模型可以預(yù)

5、測任意擾動狀態(tài)下的砂土強度和變形特性。因此,本文考慮擾動影響的SMP-Lade模型可在考慮施工擾動的彈塑性有限元分析中推廣應(yīng)用。
　　 (5)基于統(tǒng)一擾動函數(shù),對已有的隧道周圍土體變形計算公式進行了改進,建立了考慮擾動影響的土體變形彈性計算方法,并在ABAQUS平臺上,開發(fā)了修正Duncan-Chang模型的相應(yīng)UMAT子程序。該模型的數(shù)值預(yù)測結(jié)果與常規(guī)三軸試驗結(jié)果具有較好的一致性。最后,將修正Duncan-Chang模型引入盾

6、構(gòu)施工的有限元分析中,并與考慮擾動影響的土體變形彈性計算結(jié)果進行了對比,結(jié)果表明:模擬結(jié)果與彈性預(yù)測值比較一致。因此,采用本文開發(fā)的修正Duncan-Chang模型對實際工程問題進行有限元模擬是可行的。
　　 (6)根據(jù)擾動狀態(tài)概念理論,通過引入剛性擋土墻位移與墻后填土相對密實度之間的比例系數(shù),將本文提出的統(tǒng)一擾動函數(shù)應(yīng)用到土壓力計算領(lǐng)域,以平動模式下剛性擋土墻位移作為擾動參量,建立了能反映墻后土體從靜止?fàn)顟B(tài)到極限平衡狀態(tài)(包括