滨海软土蠕变特性及路基工后沉降效应研究

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1、滨海软土蠕变特性及路基工后沉降效应研究CreepCharacteristicsofCoastalSoftSoilandPost-ConstructionSettlementofSubgrade学科专业：岩土工程研究生：李科锋指导教师：朱平研究员天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要天津滨海地区软土具有含水量高、渗透性低、压缩性高、灵敏度高、变形大且持续时间长等特点，流变特性显著。当荷载作用于软土地基上时，由于软土变形具有明显的时效性，建筑物的工后沉降不容忽视。在软土变形的计算中，土的蠕变特性非常重要，是否考虑软土的蠕变特性不仅会使计算产生明显不同的结果，而且可能对工程的安全与否作出不

2、同的评价。本文对流变理论进行研究，针对天津滨海软土的蠕变特性开展一系列室内蠕变试验，以试验结果为基础，提出反映滨海软粘土的非线性流变本构关系模型，并确定模型中的各个参数。然后开发Umat子程序，结合工程实际，利用有限元软件Abaqus对天津港南疆港区规划三路工程进行模拟研究，分析软土地基在道路填土荷载作用下的变形机理，主要内容及结论如下：1．总结土体流变的微观机理、本构模型、试验和地基沉降研究，分析其中存在的问题，提出目前蠕变本构模型在实际工程中应用局限性的关键问题，考虑土体非线性以及土体侧向变形在沉降中的影响。2．通过软粘土不同荷载作用下一维固结蠕变试验和不同围压以及不同加载等级下三

3、轴固结不排水蠕变试验，得到软粘土的全过程蠕变曲线，系统研究了“陈氏法”处理后的软土蠕变曲线以及应力-应变等时曲线，经分析发现试验曲线为衰减稳定型，未出现加速破坏情况。3．分析流变模型理论，选取Merchant模型建立基于一维固结蠕变试验和三轴固结蠕变试验的适用于天津滨海地区的非线性粘弹性蠕变模型，并将蠕变模型进行泛化，得到改进的Merchant三维蠕变模型。4．基于上述结果开发了子程序，分别对应模拟一维以及三轴固结蠕变试验，经过一个单元模型的验证，计算结果与试验数据都相当吻合，证明有限元计算模型开发成功；然后据此对工程实际进行有限元计算分析，经分析发现施工期基于应力水平的计算模型和基于

4、围压及偏应力水平的计算模型的沉降结果相差不大，蠕变分析期间前者由于一维固结蠕变试验的侧限条件蠕变沉降较小，后者与实测数据较为吻合，工后500天蠕变量占总沉降量46%，说明实际工程中软土路基的蠕变效应不可忽视。关键词：滨海软土，蠕变试验，改进Merchant模型，Abaqus，Umat子程序开发ABSTRACTThesoftsoilincoastalareasofTianjinischaracterizedbyhighwatercontent,lowpenetrability,highcompressibility,highsensitivity,largedistortionandlo

5、ngduration,etc.,whicharesignificantrheologicalproperties.Incalculatingsoftsoildistortion,thesoil'screepcharacteristicscountsformuch,sowhethertoconsiderthecreepcharacteristicsofsoftsoilnotonlyproducesdifferentcalculationresults,butalsoleadstoantipodalevaluationonthesecurityofproject.Thus,toexplor

6、ethedeformationbehaviorofsoftsoilcreepandresearchtheinherentmechanismofagingcharacteristicsforsoftsoildistortionareverynecessarytotheprojectbuiltonsoftfoundation.Inthepaper,theresearchonrheologicaltheoryisconducted.Basedontheresultsofaseriesoflaboratorycreeptest,twononlinearrheologicalconstituti

7、vemodelsdescribedthelittoralsoftclayisproposedandthevariousparametersinthemodelsarecertained.ThenviatheUmatsubroutine,combinedwiththeengineeringpractice,thethirdplanningroadprojectwhichislocatedinTianjinNanjiangportissimulat