非飽和土體變?cè)囼?yàn)研究及其在地面沉降中的應(yīng)用

1、大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文非飽和土體變?cè)囼?yàn)研究及其在地面沉降中的應(yīng)用姓名：汪東林申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：欒茂田20070501非飽和土體變?cè)囼?yàn)研究及其在地面沉降中的應(yīng)用性，當(dāng)試樣的凈平均應(yīng)力加載到設(shè)定的最高值后，在保持基質(zhì)吸力不變條件下，將凈平均應(yīng)力直接卸載到0。來考察不同基質(zhì)吸力下試樣的回彈指數(shù)：在給定的基質(zhì)吸力條件下，隨著凈平均應(yīng)力的增加，水不斷從試樣中排出，通過水比容概念考察了水體積變化特性。在控制試樣凈平均應(yīng)力條

2、件下的干濕循環(huán)試驗(yàn)中，分別考察了土水特征曲線和收縮特性與凈平均應(yīng)力的相關(guān)性；當(dāng)試樣加載到設(shè)定的最大基質(zhì)吸力值并達(dá)到吸力平衡后，將試樣重新飽和后(即基質(zhì)吸力卸載到0kPa)，來考察試樣干濕循環(huán)特性。o)在地面沉降研究中，人們常采用飽和土有效應(yīng)力原理來計(jì)算沉降量。實(shí)際上，地下水位的降低也會(huì)引起非飽和區(qū)域土體飽和度的減小，導(dǎo)致凈平均應(yīng)力降低和基質(zhì)吸力增大。隨著非飽和土力學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到基質(zhì)吸力的增大也可造成土體的壓縮變形。結(jié)合飽和一非

3、飽和滲流與非飽和土體變本構(gòu)模型，本文提出了～種可以全面考慮非飽和區(qū)域與飽和區(qū)域沉降的數(shù)學(xué)模型。由于地下水位下降引起的飽和土區(qū)域和非飽和土區(qū)域的沉降變形有著本質(zhì)的區(qū)別，因此需分別估算飽和土區(qū)域(即％一‰≥o)和非飽和土區(qū)域(即U一‰c)的沉降變形量。對(duì)于飽和區(qū)，利用飽和土的有效應(yīng)力原理來o0計(jì)算土體有效應(yīng)力增大而引起的壓縮變形量；對(duì)于非飽和區(qū)，采用非飽和土的體變本構(gòu)模型可分別計(jì)算土體由于基質(zhì)吸力增大而引起的收縮變形量和凈平均應(yīng)力減小而引起

4、的回彈量。(4)根據(jù)飽和一非飽和沉降數(shù)學(xué)模型，對(duì)KaiYuanKe試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行模擬分析，并與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文提出的飽和一非飽和沉降數(shù)學(xué)模型的合理性和可行性。模型試驗(yàn)結(jié)果表明在某些情況下非飽和區(qū)域的沉降變形量是不可忽略的，如果按照傳統(tǒng)的計(jì)算方法僅僅考慮飽和區(qū)的變形量，則計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相差較大?；诜秋柡屯翆踊|(zhì)吸力分布為靜水平衡的假設(shè)，針對(duì)不同的地下水位降低，本文根據(jù)飽和一非飽和沉降數(shù)學(xué)模型分別估算了非飽和區(qū)域和飽和

5、區(qū)域的沉降量。通過非飽和區(qū)沉降量和地表總沉降量的對(duì)比，驗(yàn)證了考慮非飽和區(qū)沉降變形量的重要性。對(duì)于非飽和區(qū)，本文分別估算了由于凈平均應(yīng)力的降低引起的地面回彈量和基質(zhì)吸力的增大引起的地面沉降量。計(jì)算結(jié)果表明，在這兩種變形中收縮變形量在非飽和區(qū)變形中占有主導(dǎo)地位，凈平均應(yīng)力的減小而引起的地面回彈量可以忽略不計(jì)。(5)在基坑開挖過程中，為防止基坑滲透破壞，往往采用井點(diǎn)降水等措施來降低地下水位，但地下水位的降低會(huì)引起周圍建筑物和地下管線附加沉降而