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岩土工程学报 2016年第7期38卷 1254-1261页

作者：王升福杨平刘贯荣樊文虎南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

为探讨软黏土融沉及压缩特性的微观机理,以宁波地区软黏土为研究对象,采用冻融、压缩和压汞试验,对冻融和压缩前后的软黏土微观孔隙分布及变化进行了研究。取原状土、融土、压缩原状土、压缩融土4种土样分别进行压汞试验,提出孔径划分方... 详细信息

为探讨软黏土融沉及压缩特性的微观机理,以宁波地区软黏土为研究对象,采用冻融、压缩和压汞试验,对冻融和压缩前后的软黏土微观孔隙分布及变化进行了研究。取原状土、融土、压缩原状土、压缩融土4种土样分别进行压汞试验,提出孔径划分方法,结合分形理论对冻融软黏土微观孔隙变化进行分析,研究了软黏土的孔隙分布特征,并采用容量维数对孔体积分布和孔表面积分布进行计算,分析了冻融及压缩前后颗粒接触及孔隙变化。研究结果表明:软黏土冻融后孔体积和孔表面积均增大;原状土和融土压缩后孔体积和孔表面积均减小,软黏土的孔体积和孔表面积80%以上分布于微孔和超微孔中;软黏土冻融及压缩前后孔体积和孔表面积存在分形特性。

关键词：人工冻融软黏土融沉特性微观孔隙压汞法分形理论

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人工冻融软黏土动力变形特性及损伤机理分析

人工冻融软黏土动力变形特性及损伤机理分析

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作者：宋英杰天津大学

学位级别：硕士

随着沿海城市经济的快速发展,越来越多的城市轨道交通被投入建设施工中。联络通道是城市轨道交通建设中的重要一环,由于沿海地区大面积覆盖有工程性质较差的软黏土,在其施工前通常采用人工冻结法对其进行加固处理。在人工冻结法施工过... 详细信息

随着沿海城市经济的快速发展,越来越多的城市轨道交通被投入建设施工中。联络通道是城市轨道交通建设中的重要一环,由于沿海地区大面积覆盖有工程性质较差的软黏土,在其施工前通常采用人工冻结法对其进行加固处理。在人工冻结法施工过程中会存在冻融循环,这种冻融循环作用会影响土体的原有力学特性,地基土体在后期地铁运营期间内往往会产生较大沉降,进而影响结构物的安全,因此有必要对人工冻融软黏土(经历冻融循环作用)的动力变形特性进行研究。本文以天津某地铁沿线周围软黏土为研究主体,通过开展循环动力加载试验,研究了不同影响因素对土体动力变形特性的影响;同时结合微观结构测试电镜扫描试验(SEM)和压汞试验(MIP),揭示了其内在微观机理。在此基础上,通过理论分析提出了冻结温度对土体的损伤变量,建立了宏微观参数之间的定量关系式和多因素耦合作用下人工冻融软黏土长期塑性应变的预测模型。研究结果表明:(1)随着动应力幅值的增大,动荷载传递给土体的能量越多,土体的累计塑性应变发展类型由稳定型转变为发展型,同时土体产生的累计塑性应变量越大。不同加载频率作用下土体的累计塑性应变发展类型均表现为发展型,土体的累计塑性应变会随着加载频率的增加而逐渐减小;这是因为低频加载条件下荷载作用的时间更长,同时荷载变化较慢,土体有充分的时间发生变形。人工冻融软黏土比未冻融软黏土(未经历冻融循环作用)产生的累计塑性应变更多,并且对于人工冻融软黏土,冻结温度越低,土体的累计塑性应变越大;这是由于冻融循环作用会破坏土体原有的内部结构,导致土体中的微小孔隙相互贯通形成较大的孔隙,而冻融循环对土体结构的这种破坏作用会随着冻结温度的降低而更加显著。孔压的变化情况与应变相似。(2)土体的宏观动力变形特性是由其微观结构决定的。土体中占优孔隙的含量和体积均会随着动应力幅值的增加而减小,随着加载频率的增加而增大;动应力幅值越大,加载频率越小,孔隙的尺寸越小,土体的密实性越强。与未冻融软黏土相比,经过冻融循环作用后土体内部的微小孔隙和中孔隙会贯通形成较大孔隙;随着冻结温度的降低,人工冻融软黏土的结构变得更加松散,土体的微观结构损伤程度随着冻结温度的降低而增加。冻融循环对土体宏观变形特性的影响可以用微观损伤变量来表示,冻结温度越低,冻融循环对土体结构的损伤程度越大。与土体宏观变形量相关性最大的微观参数是扁平度,土体的宏观变形特性和微观结构参数之间的关系可以用多元线性和非线性表达式表达,但多元非线性的拟合效果更好。(3)动应力幅值与土体的累计塑性应变量之间的关系可以用二次函数关系式进行拟合(R>0.98),加载频率与土体的累计塑性应变之间的关系可以用幂函数关系式进行拟合(R>0.94),冻结温度与土体的累计塑性应变之间的关系可以用对数函数进行拟合(R>0.98)。在此基础上,提出了考虑冻结温度、动应力幅值、加载频率和循环加载次数的多因素耦合人工冻融软黏土长期塑性应变预测模型,通过和实测数据对比,验证了该模型的正确性。

关键词：人工冻融软黏土动力变形特性损伤机理相关性分析预测模型

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