軟土地區(qū)取土擾動理論及試驗(yàn)研究

封面

軟土地區(qū)取土擾動理論及試驗(yàn)研究

內(nèi)容簡介

前言

第1章 緒論

第2章 取土貫入引起擾動的理論分析

第3章 取土貫入的數(shù)值模擬及參數(shù)分析

第4章 取土器改進(jìn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)注意事項(xiàng)

第5章 取土器貫入引起的土體變形試驗(yàn)研究

第6章 基于透明土的取土器貫入試驗(yàn)研究

第7章 土樣質(zhì)量評價(jià)及減小擾動措施

索引

封底

本書針對軟土地區(qū)取土過程中的擾動理論、數(shù)值模擬及室內(nèi)取土試驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要內(nèi)容包括取土貫入引起擾動的理論分析，通過取土貫入過程的數(shù)值模擬對取土器參數(shù)影響進(jìn)行分析，并對國內(nèi)常用的薄壁取土器進(jìn)行改進(jìn)等。

原狀取樣是巖土工程勘察中的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，取樣質(zhì)量的高低將直接影響地質(zhì)評價(jià)和巖土工程設(shè)計(jì)、施工。取土過程中土樣擾動分析在研究土體強(qiáng)度特性非常重要，尤其在軟土地區(qū)。以往對取土過程中的擾動研究較少。本項(xiàng)目重點(diǎn)研究目前巖土工程勘察中的原狀土取樣過程產(chǎn)生的擾動和取土器的改進(jìn)等內(nèi)容，將采用理論研究、透明土試驗(yàn)和模型試驗(yàn)等研究方法。在理論研究中，分別將對取土器貫入過程中土體附加應(yīng)力分布計(jì)算及取土過程中的擾動理論進(jìn)行研究；在試驗(yàn)研究中，將通過結(jié)合模型試驗(yàn)，對取土過程中水氣運(yùn)移機(jī)理研究，引入透明土試驗(yàn)技術(shù)，將研制一種動態(tài)擾動變形測量的透明土模型試驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并應(yīng)用于本項(xiàng)目取土器內(nèi)部土體擾動變形的研究。通過對現(xiàn)有薄壁取土器進(jìn)行改進(jìn)，取得高質(zhì)量的、更好反映土體力學(xué)性質(zhì)的原狀土樣。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量取樣的目標(biāo)，不僅會對土體擾動理論的研究有科學(xué)意義，而且對我國透明土試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展和完善也將起到積極推動意義。

原狀土取樣質(zhì)量的高低將直接影響地質(zhì)評價(jià)和巖土工程設(shè)計(jì)、施工，尤其在軟土地區(qū)的取土擾動分析對研究土體強(qiáng)度特性非常重要。采用理論研究、模型試驗(yàn)和透明土試驗(yàn)等方法，本項(xiàng)目重點(diǎn)研究了原狀土取樣過程產(chǎn)生的擾動和取土器的改進(jìn)等內(nèi)容：1）基于圓孔擴(kuò)張理論和采用應(yīng)力函數(shù)解修正地表應(yīng)力的方法，得到了半無限土體中取土貫入引起的位移解和應(yīng)變解，擾動大小主要與取土器的徑厚比、長徑比和刃角等參數(shù)有關(guān)；2）基于粒子圖像測速（PIV）技術(shù)，分別在干砂、飽和砂和黏土中開展了半模取土器貫入室內(nèi)模型試驗(yàn)，獲得了不同取土器尺寸、密實(shí)度等條件下取土貫入引起的土體擾動變形場和剪切應(yīng)變帶分布特性。增大取土器內(nèi)徑能有效減小管內(nèi)土體壓縮變形，增大壁厚只會明顯增大管外土體的擾動變形；管內(nèi)橫截面不同部位的土體變形規(guī)律基本一致，隨著與管壁距離的增大而減小。松砂中的側(cè)壁邊緣擾動變形較大，影響范圍在1/4-1/2倍取土器半徑；由于密砂的密實(shí)度較高，不同部位土體變形差異較小，土體剪切變形影響范圍較??；3）基于透明土試驗(yàn)技術(shù)，自制了一套動態(tài)擾動變形測量的透明土模型試驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。貫入過程中的刃腳擠土效應(yīng)顯著，土體總體上呈現(xiàn)隆起變形。增大取土貫入速率可以減小土體所受外部擾動的時(shí)間，從而有效減小擾動變形；4）利用PIV三維技術(shù)獲得了取土貫入過程中土體表面的三維變形場，發(fā)現(xiàn)周邊擾動土體產(chǎn)生對稱分布的隆起變形，隨著與取土器距離的增大而不斷衰減，其影響范圍約為0.5倍取土器半徑，且主要集中在淺層貫入深度內(nèi)；5）通過對現(xiàn)有薄壁取土器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，內(nèi)外管的雙層設(shè)計(jì)提高了管體剛度，內(nèi)管壁附著聚脂薄膜減小了管體和土體之間的摩擦力和擾動，多個(gè)現(xiàn)場工程的應(yīng)用表明其能夠取得更好反映土體力學(xué)性質(zhì)的高質(zhì)量原狀土樣。研究成果不僅對土體擾動理論的研究具有科學(xué)意義，而且對我國透明土試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展和完善也起到了積極的推動意義，實(shí)現(xiàn)了通過高質(zhì)量取樣為施工設(shè)計(jì)提供科學(xué)準(zhǔn)確的工程參數(shù)。 2100433B

軟土及曲線段都是隧道抗震的不利因素。本項(xiàng)目擬對軟土地區(qū)曲線隧道的震害機(jī)理開展系統(tǒng)研究，通過振動臺模型試驗(yàn)，研究軟土地區(qū)曲線隧道的地震響應(yīng)規(guī)律、破壞過程及破壞模式；采用理論分析與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，建立地震動非一致激勵(lì)下軟土地基-曲線隧道整體系統(tǒng)三維數(shù)值模型及高效計(jì)算方法，探求曲線隧道的地震響應(yīng)及地震波入射特征、隧道曲線特征、軟土物理參數(shù)對其地震響應(yīng)的影響規(guī)律，并以振動臺模型試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證；最終揭示軟土地區(qū)曲線隧道的震害機(jī)理。本項(xiàng)目的開展將為軟土地區(qū)曲線隧道的抗震設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，對促進(jìn)生命線工程抗震研究有重要的理論意義。 2100433B