基于小孔扩张理论的注浆起始劈裂研究

作     者：吕桂阳 

作者单位：深圳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付艳斌

授予年度：2020年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：小孔扩张 劈裂注浆 起始劈裂压力 超固结 非相关流动法则 模型试验 

摘      要：小孔扩张理论广泛应用于解释一些现场试验结果以及实际工程现象,如锥体贯入和旁压试验,分析静压沉桩引起的应力和变形,以及模拟隧道的开挖和收缩等。在注浆方面的应用中,其理论研究落后于工程实践。因此,本文通过理论分析、室内模型试验验证、工程实例应用等方法开展了超固结黏土中不排水小孔扩张弹塑性理论解及应用、以及小孔扩张理论在注浆方面研究。主要取得成果如下:(1)提出了一种新的球形扩张理论模型,该模型克服“干面屈服应力被高估,破坏应力偏大的现象。采用了两个状态参数的屈服面,基于非相关联流动法,建立了考虑超固结黏土应变软化现象的球形扩张理论模型,推导了应力、位移理论解。(2)基于CASM屈服准则,采用了经典的应力剪胀关系,考虑了小孔扩张周围土体单元三维特性以及不同固结程度的影响规律。通过将应力空间转换的方法,基于非相关联流动法则,建立了柱形小孔扩张应力与位移的关系,运用拉格朗日求方法把问题转化为求解一阶偏微分方程组,再根据不排水条件,体积不变原理求解小孔扩张弹塑性边界的位移变化,最后通过数值求解得到柱形小孔扩张的精确解答。(3)结合CPTU现场试验数据分析结果表明:该理论模型较好的解释了CPTU在软土贯入试验机理;同时该理论可应用于打桩和旁压测试分析,在实际工程中具有重要意义。(4)以小孔扩张理论为基础,解释了正常固结黏土劈裂注浆过程中注浆体周围土体的力学机理。并理论对比分析球形和柱形由剪切破坏、拉伸破坏、和极限扩张压力决定的起始劈裂压力发现,由拉伸破坏控制的柱形扩张理论方法更准确的预测起始劈裂压力。(5)基于劈裂注浆模型试验,设计了注浆起始劈裂的研究方案,对比分析了由剪切破坏控制、拉伸破坏控制、以及小孔扩张极限压力下,起始劈裂压力的理论值与试验值。通过开挖注浆体分析注浆劈裂规律,研究了起始劈裂压力与围压之间的关系。结合室内试验验证分析了不同破坏模型预测起始劈裂压力的精确度。