紅粘土側(cè)向卸荷破損機(jī)理及其工程應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和城市化進(jìn)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(shè)中，高層建筑深基坑科學(xué)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(shè)的重要內(nèi)容，而且也是城市工程建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，紅粘土深基坑和高邊坡工程的開挖、支護(hù)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(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于紅粘土具有特殊的分布地區(qū)和工程力學(xué)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(yàn)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(jī)理和深基坑開挖施工的穩(wěn)定性等問題進(jìn)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(shù)對同一剖面不同位置紅粘土的化學(xué)成分及微細(xì)觀結(jié)

3、構(gòu)特性進(jìn)行了試驗(yàn)分析，得到了紅粘土的化學(xué)成分組成比例，提出紅粘土的微觀集粒結(jié)構(gòu)模型，并探討了紅粘土的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)的工程力學(xué)效應(yīng)。
　　②采用真三軸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(yīng)力路徑進(jìn)行真三軸試驗(yàn)，并與加載條件下的真三軸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，得到紅粘土的強(qiáng)度在同一圍壓下隨著中主應(yīng)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(gòu)性破損而破壞。
　?、鄄捎煤暧^變形特性與微觀結(jié)構(gòu)

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(gòu)性變形破損機(jī)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(gòu)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(xì)觀破損力學(xué)機(jī)制。
　?、芾锰厥鈹?shù)字圖像處理系統(tǒng)對不同荷載條件下紅粘土的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行處理，采用SPSS等計(jì)算軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元逐步回歸分析，探索紅粘土微細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)及其與應(yīng)力、變形之間的近似定量關(guān)系，確定了宏

5、觀變形的關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析了紅粘土宏觀變形破壞與微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系。
　?、莞鶕?jù)真三軸試驗(yàn)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(qiáng)度參數(shù)動態(tài)折減法，修改本構(gòu)模型參數(shù)，建立了基于側(cè)向卸荷的紅粘土M-C本構(gòu)模型，并據(jù)此提出了采用大型巖土工程計(jì)算軟件FLAC3D計(jì)算紅粘土深基坑穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算方法。
　?、薇容^了不同屈服準(zhǔn)則的適應(yīng)性，分析了本構(gòu)模型的研究方法，在分析紅粘土結(jié)構(gòu)性損傷力學(xué)機(jī)制的基

6、礎(chǔ)上，提出了紅粘土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度參數(shù)比指標(biāo)。定義了損傷參數(shù)，推導(dǎo)了紅粘土彈塑性損傷本構(gòu)模型，提出了紅粘土彈塑性損傷本構(gòu)模型的驗(yàn)證思路和方法，并對模型進(jìn)行了初步驗(yàn)證。
　　⑦采用雙強(qiáng)度參數(shù)動態(tài)折減法，選擇M-C本構(gòu)模型和二次開發(fā)的彈塑性損傷本構(gòu)模型，應(yīng)用FLAC3D計(jì)算軟件對紅粘土深基坑穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值分析，得到不同開挖深度剪應(yīng)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