基于離心模型試驗的飽和土固結(jié)理論研究.pdf

1、土工離心模型試驗不僅是當今巖土工程領(lǐng)域中用于相關(guān)研究的重要試驗手段之一，而且也是各類物理模型試驗中相似性最好的模型試驗。離心模型試驗技術(shù)是通過離心加速度的改變來模擬重力場，以實現(xiàn)對眾多土工構(gòu)筑物相關(guān)工況的模擬。在較高的離心力場作用下，離心加速度及模型高度的變化對飽和土體固結(jié)理論是否適用，這直接關(guān)系到離心力場中試驗結(jié)果的可靠性。鑒于離心模型試驗技術(shù)的研究現(xiàn)狀，論文首先通過系統(tǒng)的試驗研究及理論分析，研究了固結(jié)理論在離心力場中的適用性條件，同

2、時對固結(jié)的時間比尺進行了修正，在此基礎(chǔ)上，研究了區(qū)域軟土的固結(jié)性狀和工程特征。論文的主要研究工作如下：
　　 1.自主研制了可以模擬飽和土體不同固結(jié)狀態(tài)的離心模型試驗裝置，該試驗裝置能適用于離心力場中區(qū)域土體的固結(jié)性狀研究，同時可以有效減少模型試驗裝置側(cè)壁摩阻力和固結(jié)排出的多余水分對試驗結(jié)果的影響，減小由于離心加速度分布不均勻造成的試驗誤差。
　　 2.在不同離心力場作用下，針對飽和砂土開展了一維固結(jié)離心模型試驗。基于對

3、固結(jié)試驗過程中土體沉降變形隨時間的變化曲線、孔隙水壓力隨時間的變化曲線，以及固結(jié)試驗時間和理論計算時間的對比分析，發(fā)現(xiàn)即使是在59的低離心力場中，一維固結(jié)理論已經(jīng)不適用于分析飽和砂土的試驗特征。這一現(xiàn)象的主要原因是在較高的離心力場作用下，砂土中水的滲流速度過快，水流已呈現(xiàn)紊流（甚至射流）狀態(tài)，不符合達西定律。
　　 3.針對不同地域的典型飽和軟土，進行了不同離心加速度下的模擬試驗研究，通過數(shù)值計算和理論對比分析，提出了飽和軟土固

4、結(jié)理論在離心模型試驗中的適用條件，并給出了相關(guān)離心加速度設(shè)定的合理范圍。
　　 4.通過典型區(qū)域飽和軟土的多組離心模型試驗時間與理論計算時間的對比分析，明確了不均勻離心力場對飽和軟土固結(jié)試驗結(jié)果的影響較大，提出了太沙基一維固結(jié)理論已不適用于離心力場下的試驗分析。在離心力場下，必須考慮土體自重的影響，推薦采用Gibson—維固結(jié)理論對試驗結(jié)果進行計算研究。
　　 5.在對多組離心模型固結(jié)試驗和大變形固結(jié)理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)

5、合以往研究成果，基于土水體系中的勢能概念、達西定律、理論力學和離心力場中土體的受力特點等，推導了離心固結(jié)試驗的時間比尺修正式，并通過對不同區(qū)域飽和土體的離心固結(jié)模型試驗進行研究，給出了時間比尺修正系數(shù)的取值范圍。
　　 6.以杭甬高速公路和蒲渭高速公路為工程依托，分別針對軟黏土地基和飽和黃土地基，進行了實際工況的離心模擬試驗和三維數(shù)值計算的對比分析，試驗中引入了相應(yīng)的時間比尺修正式，論證了應(yīng)用修正式計算飽和土體離心模擬固結(jié)試驗時