紅粘土側(cè)向卸荷破損機理及其工程應用研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和城市化進程的不斷加快，對地下空間開發(fā)利用的要求越來越高。在城市建設中，高層建筑深基坑科學施工與合理利用是城市地下空間開發(fā)最為常見的形式之一。紅粘土是一種分布廣泛的特殊土體，紅粘土深基坑和高邊坡工程不但是我國城市建設的重要內(nèi)容，而且也是城市工程建設的重點和難點，紅粘土深基坑和高邊坡工程的開挖、支護以及深基坑的開發(fā)利用等問題隨之成為紅粘土地區(qū)各類工程建設的重點和難點。由于紅粘土具有特殊的分布地區(qū)和工程力學性質(zhì)，為

2、滿足紅粘土地區(qū)城市地下空間開發(fā)利用和紅粘土高邊坡治理的工程要求，以貴陽某高層建筑地下室深基坑工程為研究背景，采用理論分析、室內(nèi)模擬試驗和數(shù)值分析等方法對紅粘土在側(cè)向卸荷條件下的破損機理和深基坑開挖施工的穩(wěn)定性等問題進行了較為系統(tǒng)、深入的研究，論文的主要研究工作和創(chuàng)新成果如下：
　?、俨捎玫刭|(zhì)環(huán)境分析方法分析了紅粘土的地質(zhì)分布、地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)成因，采用能譜分析、SEM掃描等現(xiàn)代分析測試技術對同一剖面不同位置紅粘土的化學成分及微細觀結(jié)

3、構特性進行了試驗分析，得到了紅粘土的化學成分組成比例，提出紅粘土的微觀集粒結(jié)構模型，并探討了紅粘土的化學成分和微觀結(jié)構的工程力學效應。
　?、诓捎谜嫒S儀模擬同一剖面不同位置的紅粘土側(cè)向卸荷條件下的應力路徑進行真三軸試驗，并與加載條件下的真三軸試驗結(jié)果進行對比分析，得到紅粘土的強度在同一圍壓下隨著中主應力比的變化具有先增大后減小的變化規(guī)律，側(cè)向卸荷較豎向受壓更容易使土體發(fā)生結(jié)構性破損而破壞。
　　③采用宏觀變形特性與微觀結(jié)構

4、破損相結(jié)合的方法，分析了土體變形破壞的理論模式及紅粘土側(cè)向卸荷條件下的結(jié)構性變形破損機理，提出了紅粘土在側(cè)向卸載條件下不同剖面位置的脆性壓剪和塑性拉剪滑移兩種結(jié)構性變形破損模式，建立了紅粘土在開挖條件下變形破損的微細觀破損力學機制。
　　④利用特殊數(shù)字圖像處理系統(tǒng)對不同荷載條件下紅粘土的微細觀結(jié)構圖像進行處理，采用SPSS等計算軟件對試驗數(shù)據(jù)進行多元逐步回歸分析，探索紅粘土微細觀結(jié)構參數(shù)及其與應力、變形之間的近似定量關系，確定了宏

5、觀變形的關鍵微觀結(jié)構參數(shù)，分析了紅粘土宏觀變形破壞與微觀結(jié)構參數(shù)之間的內(nèi)在關系。
　　⑤根據(jù)真三軸試驗結(jié)果，研究了側(cè)向卸荷條件下的紅粘土深基坑穩(wěn)定性分析方法，提出了雙強度參數(shù)動態(tài)折減法，修改本構模型參數(shù)，建立了基于側(cè)向卸荷的紅粘土M-C本構模型，并據(jù)此提出了采用大型巖土工程計算軟件FLAC3D計算紅粘土深基坑穩(wěn)定性系數(shù)的計算方法。
　?、薇容^了不同屈服準則的適應性，分析了本構模型的研究方法，在分析紅粘土結(jié)構性損傷力學機制的基

6、礎上，提出了紅粘土結(jié)構強度參數(shù)比指標。定義了損傷參數(shù)，推導了紅粘土彈塑性損傷本構模型，提出了紅粘土彈塑性損傷本構模型的驗證思路和方法，并對模型進行了初步驗證。
　?、卟捎秒p強度參數(shù)動態(tài)折減法，選擇M-C本構模型和二次開發(fā)的彈塑性損傷本構模型，應用FLAC3D計算軟件對紅粘土深基坑穩(wěn)定性進行了數(shù)值分析，得到不同開挖深度剪應力增量、水平位移增量、塑性區(qū)域、安全系數(shù)、損傷參數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律，確定了最不安全部位及其合理的基坑開挖臨界深度