考虑时间效应和应力路径影响的人工制备结构性土变形特性研究

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1、学校代码10530学号201510181982分类号U416.1密级公开硕士学位论文考虑时间效应和应力路径影响的人工制备结构性土变形特性研究学位申请人郑军星指导教师王智超副教授学院名称土木工程与力学学院学科专业交通运输工程研究方向道路与铁道工程二零一八年六月DeformationCharacteristicsofArtificiallyStructuralSoilConsideringInfluenceofTime-DependentandStressPathCandidateZhengJunxingSupervisorAssociateProf.WangZhichaoColleg

2、eCollegeofCivilEngineeringandMechanicsProgramTrafficandTransportationEngineeringSpecializationHighwayandRailwayEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要21世纪以来，随着社会的发展和国民经济的快速增长，我国的城市化进程愈演愈烈，伴随着城市化进程的发展，超高层建筑、地铁、越江隧道等大型工程建设大量涌现，大型工程建设离不开地下开挖工程，基坑工程一直以来是研究的重点课题。对基坑开挖问题的研究大多以重塑土为对象，进

3、行常规三轴压缩试验，而忽略了土体自身结构性和开挖过程中土体所受的实际应力路径的影响，这样往往会给工程带来极大的危害。另外土体作为一种典型弹黏塑性材料，其力学形式表现出明显的率相关效应和蠕变特性，但目前对结构性土力学性质的研究大多基于单一应变速率的试验条件下开展的，在工程设计时如不考虑结构性土的加载速率效应特征，将导致结构物施工阶段失稳以及工后长期沉降过大等问题。基于此，本文以人工制备结构性土为研究对象，采用试验土力学研究手段，系统研究了人工制备结构性土时效变形特性及在不同应力路径下的力学性状。论文主要内容包括以下几个方面：（1）本文在其他学者人工制备结构性土方法的基础上进行了改进优

4、化，采用尿素作为可溶性材料模拟颗粒间孔隙结构。并通过人工土与天然湛江土宏观三轴力学试验对比及试验前后人工土样微观形貌变化两方面验证了方法的可行性。（2）对不同水泥含量（4%、6%、8%和10%）结构性土进行一维固结压缩试验，研究结构性及结构性强弱对土体屈服前后压缩参数指标的影响；为更准确研究地下土实际受力状态，对结构性土进行三轴不排水压缩试验，通过改变结构土胶结强度和孔隙比（e=1.3、e=1.5、和e=1.7）更深入的研究结构性土受力变形特性。（3）为了研究结构性强弱不同的土体时效变形特性，对水泥含量（4%、6%、8%和10%）结构性土进行一维固结蠕变试验以及三种加载速率（0.0

5、1mm/min、0.1mm/min和1mm/min）条件下的固结不排水三轴率敏性试验，分析了胶结强度对次固结系数变化规率及对土体率相关效应的影响。（4）模拟开挖工程中土体的实际受力状态及变形特性，本文在不同固结压力（100kPa、200kPa和300kPa）下对人工制备结构性土进行了四种应力路径下不排水三轴试验，对结构性土在不同应力路径下强度特性、破坏特性和变形特性进行了深入的研究。（5）本文基于上下负荷面动屈服准则函数，按照相对过应力的基本思路，建立了一种能够考虑土体结构性及率敏性的弹黏塑性本构模型，通过结构性土三轴率敏性试验验证了弹粘塑性本构模型的可行性，提出的模型能够较好的表

6、征土体的结构性与率敏性特征。以广州市番禹区度假酒店基坑施工工程为依托，通过ABAQUS数值计算，结合现场观测结果，结构性土弹黏塑性本构模型有效的预测了桩基、土体侧移变形及地表沉降位移。关键字：结构性土；人工制备；率敏性；应力路径；弹黏塑性IAbstractSincethe21stcentury,withthedevelopmentofsocietyandtherapidgrowthofthenationaleconomy,theprocessofurbanizationinChinahasintensified.Alongwiththedevelopmentofurbanizati

7、on,large-scaleprojectssuchassuperhigh-risebuildings,subways,andcross-rivertunnelshaveemergedinlargenumbers,andthelarge-scaleprojectconstructioncannotbeseparatedfromundergroundexcavation,sothefoundationpitprojecthasalwaysbeenthefocusofre