雨水入渗作用下成层地基承载性能演化研究

作     者：IMOROU ABDOU LATIF 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：秦卫星

授予年度：2021年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：非饱和成层地基 降雨入渗 数值解 基质吸力 承载力 

摘      要：地基承载力是基础工程领域的一个主要问题。建筑物的自重和承受的荷载转移到地基上,地基发生剪切破坏时的荷载称为地基极限承载力。现有地基承载力的研究大多关于单层地基,例如砂土层或粘土层,很少有关于成层地基的研究。雨水入渗是导致地基承载力下降的主要原因,降雨条件下成层地基承载力响应研究一直是岩土领域的难题。目前,降雨条件下成层地基承载力的演化研究往往需要复杂的数值模拟手段或实验方法,需要较长的时间和较大的成本。由于数值模拟手段和实验方法的局限性,人们很难了解真实的成层地基承载力演化规律,一些研究者尝试用分析的方法来解决这个问题,并取得了一些成功。本文利用有限元软件Geo-Studio的“SEEP/W程序,建立了成层地基在均匀型、前峰型、后峰型和中峰型等降雨型式下的基质吸力数值模型。在此基础上,研究了不同降雨型式下成层地基的基质吸力和极限承载力的演化规律,分析了降雨型式、降雨强度和降雨历时对成层地基承载力的影响。主要内容和结论:（1）确定了成层地基参数与降雨强度,利用有限元软件Geo-Studio的“SEEP/W程序,建立了成层地基数值模拟与确定等雨强入渗过程地基基质吸力瞬态分布状态,计算雨水入渗过程基底平均基质吸力大小,利用Hansen极限承载力公式计算雨水入渗过程成层地基极限承载力大小。（2）揭示了成层地基在不同降雨时间和降雨强度下基质吸力和承载力的演化规律。基于基质吸力数值解和极限承载力表达式,研究了某成层地基10天降雨历时内和0cm/h到0.75cm/h不同降雨强度下,成层地基的基质吸力和极限承载力的演变规律。结果表明:初期未降雨时,初始不饱和成层地基的极限承载力达到饱和地基极限承载力的1.5倍;成层地基平均基质吸力随降雨时间的增加而减小,随降雨强度的增加,先减小后增大。（3）探索了不同雨型式下地基基质吸力和地基极限承载力的演化规律。基于均匀型、前峰型、后峰型和中峰型等常见雨型基质吸力数值解和极限承载力解析表达式,分析了基质吸力和极限承载力的演化规律。结果表明:对于均匀型降雨,降雨时间越长,基质吸力越大,极限承载力越小,对于前峰型降雨,基质吸力随降雨时间的增加先减小后增加,地基极限承载力随降雨强度的增大而减小,对于后峰型降雨,降雨强度越大,基质吸力越小,地基极限承载力也随之降低,对于中峰型降雨,随着降雨时间的增加,基质吸力先减小后增大。随着降雨强度的增加,平均基质吸力减小,地基极限承载力也随之降低。