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原文传递长期循环荷载下饱和软粘土性状研究及低路堤软土地基长期沉降的分析

论文题名：	长期循环荷载下饱和软粘土性状研究及低路堤软土地基长期沉降的分析
关键词：	循环荷载试验;饱和软粘土;性状研究;低路堤;软土地基;长期沉降;荷载作用;循环蠕变;珠三角地区;不排水循环;珠江三角洲;应变速率;理论;应力控制;衰减;临界状态土力学;单向;应力比;累积孔压;荷载强度
摘要：	我国东南沿海广泛分布着深厚的软粘土土层，沿海地区软弱饱和土层上的高速公路在建成后运行期的长期沉降直接影响路面的养护和维修费用，交通荷载下软土地基的长期沉降预测越来越受到人们的重视，成为迅速发展的软土地区交通建设中亟待解决的一大技术难题。但从土动力学研究现状来看，研究多集中于地震荷载分析，对长时间施加的往复荷载以及饱和软粘土这种特殊土类的研究较少，目前对长期循环荷载作用下饱和软粘土的变形机理认识不足，也没有建立能用于工程应用的计算方法。因此本文从室内循环三轴试验结果出发，较为系统地研究了珠江三角洲饱和软粘土在长期循环荷载下的动力特性，基于动—静荷载耦合的固结理论建立了一个易于工程运用的预测方法来计算低路堤软土地基的长期附加沉降，从而为探索控制和减少路基长期沉降的有效途径提供了可靠的理论依据和数值分析手段。因此，本课题具有重要的理论意义和工程实用价值。本文结合本课题的研究背景和现阶段研究存在的问题，开展了以下的研究工作： 1．对珠三角地区的饱和软粘土分别进行了循环压缩试验与循环拉—压试验，研究了饱和软粘土的性状在单向等幅应力控制循环加载和双向等幅应力控制循环加载这两中加载方式下的差异。基于临界状态土力学的理论，在应力空间中p'-q分析了两种试验方式下饱和软粘土的应力路径状态，研究结果表明：饱和软粘土在双向等幅循环荷载作用下，孔隙水压力上升得较快，土体较容易达到破坏状态。 2．在试验室内运用CSS-2901TS型土体三轴流变试验机，对珠三角地区的饱和软粘土进行单向等幅应力控制的循环蠕变试验。试验结果表明：在单向循环荷载作用下，根据循环荷载强度的不同，饱和软粘土的循环蠕变曲线的类型可分为破坏型(非衰减型)和衰减型。当循环荷载强度小于临界应力比时，饱和软粘土的循环蠕变曲线表现为衰减型；当循环荷载强度大于临界应力比时，饱和软粘土的循环蠕变曲线表现为非衰减型。饱和软粘土的临界应力比与土的塑性指数有关，塑性指数越大，临界应力比越小。 3．着重从应变速率的角度研究了珠三角地区的饱和软粘土的衰减型循环蠕变的规律。通过引入相对应力水平参数D，利用技术经验理论中的流动理论建立了不排水循环荷载作用下饱和软粘土累积应变速率的经验方程。珠江三角洲饱和软粘土的衰减型循环蠕变的特性可用三参数的循环蠕变速率状态方程来描述，累积应变速率与循环次数的关系采用幂函数，累积应变速率与相对偏应力水平的关系采用指数函数。 4．应用速率过程理论对饱和软粘土在长期荷载作用下的应变速率进行了探讨，试图从微观的层面来认识饱和软粘土在长期荷载作用下的变形机理，同时对经验方程中的试验参数进行了分析讨论，明确了模型试验参数的物理意义。 5．根据等压和偏压正常固结状态下的单向等幅不排水循环荷载试验的结果，结合临界状态土力学的理论，建立了能够描述饱和软粘土在长期循环作用下不排水累积孔压发展规律的数学模型。珠三角地区的饱和软粘土在长期循环作用下不排水累积孔压发展规律可以用二次衰减的指数函数来描述。 6．对单向等幅不排水循环荷载作用后的饱和软粘土进行再固结试验，探讨了累积孔压与体应变的关系，对不排水循环荷载作用后的饱和软粘土的体积压缩系数的变化规律进行研究。在排水条件下对珠三角地区的饱和软粘土进行单向等幅应力控制的循环荷载试验，探讨了孔隙水压力与体积应变之间的关系，建立了体积应变增量求取的经验关系式。 7．将不排水条件下单向循环荷载作用的孔压发展模式与Terzaghi固结理论加以耦合，提出了适合珠江三角洲地区饱和软粘土的动静荷载耦合作用下的固结计算模型。 8．从工程应用的角度出发，基于提出的动静荷载耦合作用下的固结模型，采用工程实用的分层总和法，给出了交通荷载作用下低路堤珠江三角洲软土地基累积沉降的实用计算方法。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。
作者：	刘添俊
专业：	结构工程
导师：	莫海鸿
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文