【摘要】：隨著國家的發(fā)展重心逐步向西南山區(qū)轉(zhuǎn)移,需要進行大量的基礎(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,致使其力學性質(zhì)比較復雜,加之我國南方雨量豐沛,勢必對其工程特性產(chǎn)生進一步影響,從而對有關(guān)的設(shè)計與施工造成了諸多困難。因此,本文在國家自然科學基金《南方山區(qū)土石混填體力學性能及其高填地基穩(wěn)定性分析方法》(51078137)的支持下對土石混填體的變形力學特性及其地基穩(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)提供一定指導和幫助。 首先,綜合考慮含水率、浸泡時間、干濕循環(huán)、含石量、巖性與土性等因素,并基于正交設(shè)計方法開展了土石混填體大型直剪試驗研究。試驗結(jié)果表明：土石混填體抗剪強度主要源于內(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；對于試驗中所涉及的3種水作用環(huán)境,含水率對土石混填體抗剪強度的影響最為顯著,且含水率對其剪應力-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次后其抗剪強度基本不會再繼續(xù)弱化；當試樣中含石量≥55%時,其抗剪強度受巖性影響較為明顯。 其次,分別在常規(guī)路徑、等應力比路徑與等p路徑下開展了土石混填體大型三軸試驗。發(fā)現(xiàn)含石量同樣是影響土石混填體抗剪強度最為主要的因素,而應力路徑的變化對其強度影響不大；圍壓和應力路徑是影響土石混填體體變特性的兩個外部因素,即試樣會呈現(xiàn)出低壓剪脹性與高壓剪縮性,不同應力路徑下的εv～ε1關(guān)系曲線各不相同；含石量與壓實度是影響試樣體變特性的兩個內(nèi)在因素,隨含石量或壓實度提高,其剪脹性會比較明顯,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)下對其進行了水平推剪和豎向壓剪試驗研究。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)對試樣的破裂面形狀、抗剪強度影響相對不大；在浸水環(huán)境下,試樣的破裂面形狀、抗剪強度、p-s曲線、破壞模式與極限荷載均會受到顯著影響,尤其是c、φ值會發(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,且損傷部分所受應力即為殘余強度,建立出了可反映土石混填體破壞后仍具有殘余強度的新型損傷模型；引入統(tǒng)計損傷理論,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程的統(tǒng)計損傷本構(gòu)模型。該模型不僅可反映土石混填體的應變軟化特性,還能夠體現(xiàn)出法向應力的影響及其殘余強度變形特征。 然后,針對土石混填地基的沉降變形機理,將其所承受的附加應力視為由體積應力與偏應力所組成,引入分級加載與沉降分層總和計算的思想,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)的沉降計算模型；并基于反演分析法及自適應遺傳模擬退火算法,對模型參數(shù)確定方法進行了探討。通過與現(xiàn)場實測結(jié)果及其他方法進行對比,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,通過深入研究土石混填地基的承載機理與破壞模式,引進滑移線場理論與方法,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,通過構(gòu)建出機動允許的速度場,導出了地基極限承載力的表達式,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算方法。通過針對不同坡比的土石混填地基進行計算,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算結(jié)果進行對比分析,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研究直剪試驗[49]因為儀器構(gòu)造簡單、操作方法簡便，并且可以滿足某些特定的試驗條件，至今仍在實驗室和工程現(xiàn)場應用廣泛。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)造上無法達到要求，于是，國內(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)試驗原理和現(xiàn)場條件的不同，在工程中常用的土石混填體剪切試驗可分為現(xiàn)場水平推剪試驗和室內(nèi)大型直剪試驗。1.2.1.1現(xiàn)場水平推剪試驗水平推剪試驗的主要目的之一是比較準確的獲得巖土體的抗剪強度指標（即：C、值），目前國內(nèi)所普遍采用的多是《巖土工程試驗監(jiān)測手冊》[iiG]中所記錄的試驗方法：首先，在現(xiàn)場選用未受開挖擾動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特性及其地基穩(wěn)定性分析方法 制，通過恒壓微調(diào)閥實現(xiàn)應變率的無級變化，不僅可以進行剪切、摩擦試驗，能夠通過設(shè)定液壓缸的壓力進行固結(jié)試驗、長期Zf變試驗。在豎向設(shè)置有4個荷傳感器可測量法向荷載；而懸浮在剪切盒上半部分的荷載傳感器通過螺栓測側(cè)摩擦力，減去所施加的法向荷載中的側(cè)摩擦力，可精確計算出剪切、摩擦區(qū)的應力，除去移動部分所有的摩擦力，進而得到真實的力；通過帶數(shù)據(jù)輸出功的數(shù)字式針盤儀測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，與計算機連接后，所有參數(shù)均可通過電腦輸顯示并由數(shù)據(jù)懫集軟件自動記錄。豎向位移計 - .
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU470

【參考文獻】

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1 楊林德;劉齊建;;土-結(jié)構(gòu)物接觸面統(tǒng)計損傷本構(gòu)模型[J];地下空間與工程學報;2006年01期

2 郭捷;馬鳳山;趙海軍;魏愛華;;巖土體現(xiàn)場水平推剪試驗裝置的應用及改進探討[J];地下空間與工程學報;2011年06期

3 李世壯;車輛荷載作用下復合路基的沉降研究[J];長春工程學院學報(自然科學版);2002年02期

4 李鐵;羅強;王佳敏;陳虎;劉瀟瀟;;基于路基面不均勻變形的路堤地基差異沉降限值研究[J];長江科學院院報;2012年02期

5 林明;;國內(nèi)土工離心機及專用試驗裝置研制的新進展[J];長江科學院院報;2012年04期

6 楊錫武;趙明階;王昌賢;;巖堆路基沉降穩(wěn)定性及處治方法的離心模型試驗研究[J];重慶交通大學學報(自然科學版);2009年02期

7 段祝庚;陳曉斌;;土石混填路堤長期沉降測試與計算分析[J];鐵道科學與工程學報;2007年05期

8 肖常勇,龍正聰,廖繼勇;淺談土石混填路堤穩(wěn)定性控制要點[J];湖南交通科技;2003年01期

9 楊明輝,趙明華,吳亞中;基于正交理論的土工格室墊層碎石樁復合地基優(yōu)化設(shè)計[J];公路;2004年11期

10 曹喜仁,趙振勇,趙明華;高填石路堤地基沉降計算方法研究[J];公路交通科技;2005年06期

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1 賈宇峰;考慮顆粒破碎的粗粒土本構(gòu)關(guān)系研究[D];大連理工大學;2008年

2 資建民;高填方路基快速施工與沉降控制研究[D];華中科技大學;2008年

3 相彪;筑壩堆石料應力路徑本構(gòu)關(guān)系研究[D];大連理工大學;2009年

本文編號：2561881