高速交通荷載作用下軟土地基的長期累積沉降特性分析結(jié)題摘要

沉降控制是交通工程軟土地基關(guān)鍵技術(shù)問題之一。高速交通荷載引起的長期累積沉降在地基工后沉降中占有相當(dāng)大的比例。本項(xiàng)目首先完善了Houlsby 等創(chuàng)建的超粘塑性理論，利用熱力學(xué)第二定律證明了歐拉n次屈服函數(shù)必須滿足非相關(guān)聯(lián)流動準(zhǔn)則?；诔硰椥岳碚撎岢鰷?zhǔn)塑性的粘彈性概念,由此根據(jù)Suiker 循環(huán)安定理論獲得軟土流變模型與長期循環(huán)累積沉降模型具有一致性這一物性規(guī)律，故可用準(zhǔn)塑性的粘彈性理論模擬軟土的長期循環(huán)累積沉降特性。在此觀念啟發(fā)下，采用Yin-Graham一維等效時(shí)間流變模型模擬一維壓縮條件下的長期循環(huán)累積沉降特性，采用以Yin-Graham一維流變模型為硬化規(guī)律以修正劍橋模型流動耗散勢為擴(kuò)展基礎(chǔ)的三維準(zhǔn)塑性粘彈性模型模擬三維長期循環(huán)累積變形特性。進(jìn)行了室內(nèi)GDS雙向振動三軸試驗(yàn)，研究了不同動靜偏應(yīng)力比、不同頻率、不同循環(huán)次數(shù)和不同超固結(jié)比對軟土循環(huán)累積變形發(fā)展規(guī)律的影響，標(biāo)定了模型參數(shù)。采用交替方向隱式差分法對循環(huán)荷載作用下的控制方程進(jìn)行數(shù)值離散，采用Newton-Raphson迭代求解非線性差分方程，編制了一維循環(huán)累積沉降分析程序。采用雙時(shí)間尺度（包括長短時(shí)間尺度）、漸進(jìn)展開和均勻化技術(shù)分離了循環(huán)荷載作用下的瞬態(tài)響應(yīng)和長期響應(yīng)。采用加權(quán)余量法數(shù)值求解了循環(huán)荷載作用下長短尺度三維流變控制方程，數(shù)值模擬了軟基固結(jié)、蠕變和循環(huán)累積變形相互作用復(fù)雜耦合機(jī)理?；谏鲜鲈囼?yàn)和數(shù)值分析成果，結(jié)合現(xiàn)場大尺寸高速公路軟土路基沉降試驗(yàn)，獲得了軟土地基長期循環(huán)累積沉降和工后沉降經(jīng)驗(yàn)公式。研究課題完成了預(yù)定目標(biāo)，為軟土路基累積沉降和工后沉降控制提供理論和試驗(yàn)依據(jù)。 2100433B

沉降控制是交通工程軟土地基關(guān)鍵技術(shù)問題之一。高速交通荷載引起的長期累積沉降在地基工后沉降中占有相當(dāng)大的比例，本項(xiàng)目用Houlsby 等創(chuàng)建的超粘塑性理論完善Suiker 雙時(shí)間尺度循環(huán)安定理論，以此為理論指導(dǎo)，（1）利用胡亞元創(chuàng)建的軟土低幅值循環(huán)一維本構(gòu)模型同時(shí)反映主固結(jié)變形，蠕變和循環(huán)累積變形耦合作用的優(yōu)點(diǎn)，建立交通荷載作用下路基一維總沉降和工后沉降簡化公式；（2）根據(jù)室內(nèi)動三軸試驗(yàn)把軟土低幅值循環(huán)一維本構(gòu)模型推廣為三維本構(gòu)模型。測定其模型參數(shù)；建立軟土單元循環(huán)動剛度矩陣，通過用戶接口植入ABAQUS有限元軟件分析平臺，對高速交通荷載作用下軟土地基的長期累積沉降特性進(jìn)行數(shù)值模擬；選擇關(guān)鍵工況，利用大比例循環(huán)荷載模型試驗(yàn)對理論預(yù)測結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。本研究成果能揭示軟基長期循環(huán)累積變形發(fā)展過程中暗含固結(jié)、蠕變和循環(huán)荷載累積變形耦合作用等復(fù)雜機(jī)理，為軟土路基工后沉降控制提供依據(jù)。

本項(xiàng)目擬通過動靜三軸儀、土體循環(huán)流變儀等試驗(yàn)手段，研究軟粘土在長期循環(huán)荷載作用下的流變特性，提出能考慮循環(huán)荷載作用下天然軟粘土流變性的軟粘土粘彈塑性本構(gòu)模型；同時(shí)在已有加筋土模型的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)的加筋土動力彈塑性模型；編制能綜合考慮交通荷載作用下加筋土的動力特性及軟粘土流變性的加筋路基沉降分析的有限元程序。并通過自制的模型箱試驗(yàn)設(shè)備，模擬交通荷載作用下，加筋路基和軟土的動力沉降特性，并考慮加筋層數(shù)，加筋布置，加筋墊層厚度等因素對加筋路堤的沉降特性的影響。最后將有限元分析的結(jié)果與模型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較，檢驗(yàn)上述各項(xiàng)成果的可靠性和正確性。本課題的研究成果將不僅在學(xué)術(shù)界富有理論內(nèi)涵，還有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。 2100433B

近年來，隨著糧食物流建設(shè)的迅猛發(fā)展，對筒倉、油罐等地基變形的控制要求越來越高。同時(shí)在集裝箱碼頭、堆場等地也存在長期反復(fù)荷載的作用。由于軟土固結(jié)理論落后于工程實(shí)踐的發(fā)展，使得長期低頻反復(fù)荷載引起的軟土地基累積沉降問題日益突出。本項(xiàng)目將依托中國糧食流通建設(shè)項(xiàng)目重點(diǎn)工程，擬以鄭州等地軟土為研究對象，考慮其所受荷載的特殊性，從土體固結(jié)釋水角度出發(fā)，綜合運(yùn)用室內(nèi)土工試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場監(jiān)測等技術(shù)手段，探究軟土釋水固結(jié)與反復(fù)變形等宏觀行為下的微觀機(jī)理與內(nèi)在聯(lián)系，揭示長期低頻反復(fù)荷載作用下飽和軟土地基的固結(jié)流變特性與變形規(guī)律，建立理論分析模型，并提出一套能夠較為真實(shí)地反映長期低頻反復(fù)荷載下飽和軟土地基沉降的計(jì)算方法。通過本項(xiàng)目的實(shí)施，不僅可以完善該類軟土地基的設(shè)計(jì)理論，實(shí)現(xiàn)土力學(xué)的發(fā)展，而且對于河南乃至我國糧食物流設(shè)施建設(shè)及其運(yùn)營安全具有十分重要的工程指導(dǎo)意義。 2100433B