【摘要】：隨著國(guó)家的發(fā)展重心逐步向西南山區(qū)轉(zhuǎn)移,需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),出于因地制宜、節(jié)省投資及環(huán)境保護(hù)的需要,土石混填體作為一種填料被大量用于各種工程建設(shè)。然而,由于土石混填體顆粒粒徑變化較大且難以控制,致使其力學(xué)性質(zhì)比較復(fù)雜,加之我國(guó)南方雨量豐沛,勢(shì)必對(duì)其工程特性產(chǎn)生進(jìn)一步影響,從而對(duì)有關(guān)的設(shè)計(jì)與施工造成了諸多困難。因此,本文在國(guó)家自然科學(xué)基金《南方山區(qū)土石混填體力學(xué)性能及其高填地基穩(wěn)定性分析方法》(51078137)的支持下對(duì)土石混填體的變形力學(xué)特性及其地基穩(wěn)定性分析方法展開了研究,以期為相關(guān)理論分析與工程建設(shè)提供一定指導(dǎo)和幫助。 首先,綜合考慮含水率、浸泡時(shí)間、干濕循環(huán)、含石量、巖性與土性等因素,并基于正交設(shè)計(jì)方法開展了土石混填體大型直剪試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：土石混填體抗剪強(qiáng)度主要源于內(nèi)部石料間的相互嵌入、咬合及摩擦等作用；含石量是影響土石混填體強(qiáng)度特性最主要的因素,隨著試樣中含石量的增加其內(nèi)摩擦角近似呈線性增加；對(duì)于試驗(yàn)中所涉及的3種水作用環(huán)境,含水率對(duì)土石混填體抗剪強(qiáng)度的影響最為顯著,且含水率對(duì)其剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線亦存在非常重要的影響；試樣在浸泡48h或干濕循環(huán)4次后其抗剪強(qiáng)度基本不會(huì)再繼續(xù)弱化；當(dāng)試樣中含石量≥55%時(shí),其抗剪強(qiáng)度受巖性影響較為明顯。 其次,分別在常規(guī)路徑、等應(yīng)力比路徑與等p路徑下開展了土石混填體大型三軸試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)含石量同樣是影響土石混填體抗剪強(qiáng)度最為主要的因素,而應(yīng)力路徑的變化對(duì)其強(qiáng)度影響不大；圍壓和應(yīng)力路徑是影響土石混填體體變特性的兩個(gè)外部因素,即試樣會(huì)呈現(xiàn)出低壓剪脹性與高壓剪縮性,不同應(yīng)力路徑下的εv～ε1關(guān)系曲線各不相同；含石量與壓實(shí)度是影響試樣體變特性的兩個(gè)內(nèi)在因素,隨含石量或壓實(shí)度提高,其剪脹性會(huì)比較明顯,反之則剪縮性更為顯著。 再次,在特制的地槽內(nèi)填筑了多組土石混填地基模型,分別在最佳含水率、飽水浸泡和干濕循環(huán)下對(duì)其進(jìn)行了水平推剪和豎向壓剪試驗(yàn)研究。正常工作環(huán)境中,土石混填地基在推剪和壓剪作用下均可表現(xiàn)出較好的結(jié)構(gòu)性；干濕循環(huán)對(duì)試樣的破裂面形狀、抗剪強(qiáng)度影響相對(duì)不大；在浸水環(huán)境下,試樣的破裂面形狀、抗剪強(qiáng)度、p-s曲線、破壞模式與極限荷載均會(huì)受到顯著影響,尤其是c、φ值會(huì)發(fā)生較大幅度的降低。 此外,在深入探討土石混填體剪切變形機(jī)理與特征的基礎(chǔ)上,從其剪切單元微觀受力入手,將剪切單元抽象為未損傷和損傷兩部分,剪切荷載由這兩部分共同承擔(dān),且損傷部分所受應(yīng)力即為殘余強(qiáng)度,建立出了可反映土石混填體破壞后仍具有殘余強(qiáng)度的新型損傷模型；引入統(tǒng)計(jì)損傷理論,假定剪切微元破壞服從Weibull分布,在探討剪切微元強(qiáng)度度量方法的基礎(chǔ)上,建立出了可模擬土石混填體剪切變形全過(guò)程的統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型。該模型不僅可反映土石混填體的應(yīng)變軟化特性,還能夠體現(xiàn)出法向應(yīng)力的影響及其殘余強(qiáng)度變形特征。 然后,針對(duì)土石混填地基的沉降變形機(jī)理,將其所承受的附加應(yīng)力視為由體積應(yīng)力與偏應(yīng)力所組成,引入分級(jí)加載與沉降分層總和計(jì)算的思想,采用增量廣義Hooke定律與Duncan-Chang模型,建立出以土石混填體初始孔隙率、泊松比、粘聚力及內(nèi)摩擦角等為參數(shù)的沉降計(jì)算模型；并基于反演分析法及自適應(yīng)遺傳模擬退火算法,對(duì)模型參數(shù)確定方法進(jìn)行了探討。通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果及其他方法進(jìn)行對(duì)比,表明本文方法是可行的,能夠滿足工程建設(shè)的相關(guān)需要。 最后,通過(guò)深入研究土石混填地基的承載機(jī)理與破壞模式,引進(jìn)滑移線場(chǎng)理論與方法,構(gòu)建出了地基單側(cè)滑移破壞模式,利用極限分析上限法有關(guān)內(nèi)容,通過(guò)構(gòu)建出機(jī)動(dòng)允許的速度場(chǎng),導(dǎo)出了地基極限承載力的表達(dá)式,并結(jié)合序列二次規(guī)劃優(yōu)化算法,從而建立出了土石混填地基的極限承載力計(jì)算方法。通過(guò)針對(duì)不同坡比的土石混填地基進(jìn)行計(jì)算,并與非線性規(guī)劃的上限有限單元法及其它相類似方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,表明了本文方法的合理性與優(yōu)越性。
【圖文】：

c)骨架-空隙結(jié)構(gòu)圖1.1 土石混填體結(jié)構(gòu)類型示意圖1.2.1 土石混填體大型直剪試驗(yàn)研究直剪試驗(yàn)[49]因?yàn)閮x器構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方法簡(jiǎn)便，并且可以滿足某些特定的試驗(yàn)條件，至今仍在實(shí)驗(yàn)室和工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。而具體到土石混填體，由于其內(nèi)部含有粒徑較大的石塊，普通的土體直剪儀在尺寸構(gòu)造上無(wú)法達(dá)到要求，于是，國(guó)內(nèi)外一些專家先后研發(fā)了可用于土石混填體的大型直剪儀而根據(jù)試驗(yàn)原理和現(xiàn)場(chǎng)條件的不同，在工程中常用的土石混填體剪切試驗(yàn)可分為現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)和室內(nèi)大型直剪試驗(yàn)。1.2.1.1現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)水平推剪試驗(yàn)的主要目的之一是比較準(zhǔn)確的獲得巖土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（即：C、值），目前國(guó)內(nèi)所普遍采用的多是《巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)》[iiG]中所記錄的試驗(yàn)方法：首先，在現(xiàn)場(chǎng)選用未受開挖擾動(dòng)影響的巖土體制作試樣，試樣的高度//至少為巖土顆粒最大粒徑5倍且不宜低于20cm，，試樣的寬度B通常為高度的3~5倍

土石混填體變形力學(xué)特性及其地基穩(wěn)定性分析方法 制，通過(guò)恒壓微調(diào)閥實(shí)現(xiàn)應(yīng)變率的無(wú)級(jí)變化，不僅可以進(jìn)行剪切、摩擦試驗(yàn)，能夠通過(guò)設(shè)定液壓缸的壓力進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)、長(zhǎng)期Zf變?cè)囼?yàn)。在豎向設(shè)置有4個(gè)荷傳感器可測(cè)量法向荷載；而懸浮在剪切盒上半部分的荷載傳感器通過(guò)螺栓測(cè)側(cè)摩擦力，減去所施加的法向荷載中的側(cè)摩擦力，可精確計(jì)算出剪切、摩擦區(qū)的應(yīng)力，除去移動(dòng)部分所有的摩擦力，進(jìn)而得到真實(shí)的力；通過(guò)帶數(shù)據(jù)輸出功的數(shù)字式針盤儀測(cè)量豎向及水平方向的位移，法向載荷和剪切力能夠在儀表盤顯示，且儀器帶有數(shù)據(jù)輸出功能，與計(jì)算機(jī)連接后，所有參數(shù)均可通過(guò)電腦輸顯示并由數(shù)據(jù)懫集軟件自動(dòng)記錄。豎向位移計(jì) - .
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU470

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2561881