基于有限特征比理論的軟土變形特性研究.pdf

1、許多學(xué)者一直在探索土體的本構(gòu)關(guān)系問題，試圖研究出合適的本構(gòu)關(guān)系用于預(yù)測土體的力學(xué)行為。然而，該困擾巖土工程這一行業(yè)與學(xué)術(shù)界的問題始終沒有得到很好的解決。因此，依然有不計(jì)其數(shù)的學(xué)者和工程師在探索土體的本構(gòu)關(guān)系上努力，試圖在預(yù)測土體力學(xué)行為上有不斷的進(jìn)展。
　　有限特征比理論(FCRT)提出用表征介質(zhì)內(nèi)部特征尺度（質(zhì)點(diǎn)尺度）與介質(zhì)整體外部特征尺度之比的“有限特征比L”作為一個(gè)基本的變量，在不可逆熱力學(xué)基礎(chǔ)上構(gòu)建有限特征比本構(gòu)理論體系。

2、已有理論分析與試驗(yàn)結(jié)果表明該理論模型與試驗(yàn)結(jié)果具有一致性。本文基于此理論，對軟土變形特性進(jìn)行研究。本論文首先綜述了軟土的變形特性研究狀況與本構(gòu)關(guān)系及模型研究狀況以及存在的問題;再進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證分析對比，即通過設(shè)置模型箱（幾何相似比1∶30）與利用多向高能高速電磁力沖擊智能控制試驗(yàn)裝置，研究軟土在高能量沖擊下的變形特性，其中主要考察能量如何在土體內(nèi)部傳遞;接著以土體孔隙特征系數(shù)作為特征長度拓展有限特征比理論并利用三軸試驗(yàn)驗(yàn)證其預(yù)測的合理性及

3、準(zhǔn)確性;最后通過已經(jīng)建立的有限特征比理論利用Fortran語言自開發(fā)一維有限元程序，并利用該程序計(jì)算實(shí)例并將結(jié)果與實(shí)際情況進(jìn)行對比分析。
　　本文有關(guān)軟土變形特性與FCRT應(yīng)用分析研究取得的主要成果如下:
　　(1)靜動(dòng)力排水固結(jié)法處理淤泥土體及沉降的過程中，在夯擊過程中淺層土壓增量總是大于深層土壓增量，而軟土的沉降變形規(guī)律卻與土壓變化規(guī)律不一致;淺層土體的變形隨著夯擊遍數(shù)增加而減小，深層土體的變形卻隨著夯擊遍數(shù)增加而增大。

4、
　　(2)靜動(dòng)力排水固結(jié)法的工法下，淤泥土體夯擊能量并不是總是隨深度增加而遞減;高能量沖擊下淤泥內(nèi)部能量初始主要作用于淺層，此后隨著淤泥力學(xué)性質(zhì)不斷沿深度方向改善，能量逐漸向下傳遞，主要用以加固深層土體;這表明該工法可以加固深厚軟土。
　　(3)以土體孔隙特征系數(shù)（即孔隙比表面積與其體積之比）作為基本量的特征長度比，將其引入有限特征比本構(gòu)模型，并利用土體的三軸試驗(yàn)以驗(yàn)證其描述土體行為的可行性及準(zhǔn)確性;得到的相應(yīng)本構(gòu)方程為:

5、 dεiij=b2(3T2)1/4/S外/V外)(2a1dσkkδij+a2dSij-a3F(σij)dz）
　　(4)開發(fā)編制了有限特征比理論模型的一維有限元程序，并通過編譯與多實(shí)例應(yīng)用驗(yàn)證。包括利用該程序?qū)浲寥S試驗(yàn)結(jié)果和模型箱試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模擬，結(jié)果表明該模擬計(jì)算出的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相符，誤差在允許范圍之內(nèi)。該程序可選用不同的土體特征參數(shù)作為特征長度，其各自的本構(gòu)方程如下（有關(guān)量說明見P33）:dεiij=b1d1/450/Φ

6、(2a1dσkk+a2dSij-a3F(σij)dz）dεiij=ef(e)(2a1dσkkδij+a2dSij-a3F(σij)dz)其中:f(e)=lnb/φ+1/4(-48.2335+40.1976/e+37.5107lne)dεiij=b2(3T2)1/4/(S外/V外)(2a1dσkkδij+a2dSij-a3F(σij)dz）
　　此外，再次驗(yàn)證了:夯擊能量在淤泥土體內(nèi)的傳播速度會隨著排水板間距的變化而變化，排水板間距