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原文传递交通荷载作用下饱和软粘土长期沉降分析

论文题名：	交通荷载作用下饱和软粘土长期沉降分析
关键词：	交通荷载;荷载作用;饱和软粘土;循环累积;实用计算方法;模型;临界状态;累积塑性应变;累积孔压;累积沉降;偏应力;有限元分析;循环三轴试验;动力固结;固结不排水;循环荷载;试验结果;动应力;有限元计算;土体
摘要：	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。当前，临界状态土力学概念在交通荷载作用下饱和软土地基的长期沉降计算中应用很少。本论文从室内循环三轴试验结果出发，在基于临界状态理论经验模型的实用计算方法和基于复杂弹塑性动力固结有限元计算两个方面做了一些探索性的研究工作。具体内容归纳为以下几个方面： 1.通过单向等幅应力控制循环加载方式，对上海地区典型饱和软粘土进行不同初始静偏应力和动偏应力组合的固结不排水循环三轴试验。试验结果表明：围压、初始静应力和循环动应力是影响循环累积塑性应变和循环累积孔压的主要影响因素。其中，由于初始静偏应力不同，对循环动偏应力加载结果产生明显影响。相同围压情况下，循环动应力大而初始静偏应力小情况得出的轴向累积塑性应变和累积孔压可能反而小。为了解释这种现象，本文基于临界状态理论，根据不排水三轴试验的应力路径，提出了相对偏应力水平的概念，分别对 Monismith(1975)累积塑性应变指数模型、Hyde和Ward(1985)的累积孔压经验模型进行修正，建立新的循环累积塑性应变模型和累积孔压模型，模型参数包含了临界状态的概念，采用了修正剑桥模型的有关参数。对室内试验结果分析表明：围压、静应力和动应力的综合影响得到很好的考虑。 2.基于本文提出的循环累积塑性应变模型和累积孔压模型，建立交通荷载作用下累积沉降的实用计算方法。采用工程实用的分层总和法，分别计算了不排水循环累积变形引起的沉降和不排水循环累积孔压消散引起的固结沉降，累加得到总的累积沉降。同时，对Chai—Miura模型的不排水累积沉降计算方法进行了讨论。通过采用有效固结应力理论，用固结不排水试验指标确定土体的不排水抗剪强度。并将两种实用计算方法应用于上海外环线低路基公路工后附加沉降预测计算。采用本文提出的基于临界状态理论的实用计算方法得到的预测结果与实测取得较好的一致性，同时指出本文计算土层条件下，交通荷载作用软土路基主要压缩层有效影响深度为4m左右。 3.采用基于弹塑性本构模型的动力固结有限元分析可以有效地解释循环荷载作用下土体孔压发展和永久变形特性，是解决交通荷载下土体长期变形预测的合理方法。本文采用钟辉虹和黄茂松等(2002)提出的边界面模型和Biot动力固结方程，形成循环荷载作用下饱和土体变形的弹塑性有限元分析方法，并在土动力学有限元分析软件SWANDYNE中实现。通过对室内三轴试验试样和循环荷载下平面应变二维地基模型进行数值模拟计算，对循环荷载作用下饱和土体累积沉降规律进行了探讨。计算结果表明：有限元动力固结分析可以合理地考虑不同排水条件和不同动应力情况下的累积变形和孔隙水压力消散情况。最后，对本课题进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：交通荷载，饱和软土，长期沉降，循环三轴试验，临界状态理论，相对偏应力水平，实用计算方法，动力固结有限元计算
作者：	李进军
专业：	岩土工程
导师：	黄茂松
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学土木工程学院
学位年度：	2005
正文语种：	中文