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原文传递基于离心模型试验的饱和土固结理论研究

论文题名：	基于离心模型试验的饱和土固结理论研究
关键词：	道路工程;饱和土;固结理论;数值分析;离心模型试验;孔隙水压力
摘要：	土工离心模型试验不仅是当今岩土工程领域中用于相关研究的重要试验手段之一，而且也是各类物理模型试验中相似性最好的模型试验。离心模型试验技术是通过离心加速度的改变来模拟重力场，以实现对众多土工构筑物相关工况的模拟。在较高的离心力场作用下，离心加速度及模型高度的变化对饱和土体固结理论是否适用，这直接关系到离心力场中试验结果的可靠性。鉴于离心模型试验技术的研究现状，论文首先通过系统的试验研究及理论分析，研究了固结理论在离心力场中的适用性条件，同时对固结的时间比尺进行了修正，在此基础上，研究了区域软土的固结性状和工程特征。论文的主要研究工作如下：　　 1.自主研制了可以模拟饱和土体不同固结状态的离心模型试验装置，该试验装置能适用于离心力场中区域土体的固结性状研究，同时可以有效减少模型试验装置侧壁摩阻力和固结排出的多余水分对试验结果的影响，减小由于离心加速度分布不均匀造成的试验误差。　　 2.在不同离心力场作用下，针对饱和砂土开展了一维固结离心模型试验。基于对固结试验过程中土体沉降变形随时间的变化曲线、孔隙水压力随时间的变化曲线，以及固结试验时间和理论计算时间的对比分析，发现即使是在59的低离心力场中，一维固结理论已经不适用于分析饱和砂土的试验特征。这一现象的主要原因是在较高的离心力场作用下，砂土中水的渗流速度过快，水流已呈现紊流（甚至射流）状态，不符合达西定律。　　 3.针对不同地域的典型饱和软土，进行了不同离心加速度下的模拟试验研究，通过数值计算和理论对比分析，提出了饱和软土固结理论在离心模型试验中的适用条件，并给出了相关离心加速度设定的合理范围。　　 4.通过典型区域饱和软土的多组离心模型试验时间与理论计算时间的对比分析，明确了不均匀离心力场对饱和软土固结试验结果的影响较大，提出了太沙基一维固结理论已不适用于离心力场下的试验分析。在离心力场下，必须考虑土体自重的影响，推荐采用Gibson—维固结理论对试验结果进行计算研究。　　 5.在对多组离心模型固结试验和大变形固结理论分析的基础上，结合以往研究成果，基于土水体系中的势能概念、达西定律、理论力学和离心力场中土体的受力特点等，推导了离心固结试验的时间比尺修正式，并通过对不同区域饱和土体的离心固结模型试验进行研究，给出了时间比尺修正系数的取值范围。　　 6.以杭甬高速公路和蒲渭高速公路为工程依托，分别针对软黏土地基和饱和黄土地基，进行了实际工况的离心模拟试验和三维数值计算的对比分析，试验中引入了相应的时间比尺修正式，论证了应用修正式计算饱和土体离心模拟固结试验时间的方法是可行的。
作者：	张莎莎
专业：	道路与铁道工程
导师：	谢永利
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文