基于離心模型試驗(yàn)的飽和土固結(jié)理論研究.pdf

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

2、時(shí)對(duì)固結(jié)的時(shí)間比尺進(jìn)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(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置能適用于離心力場(chǎng)中區(qū)域土體的固結(jié)性狀研究，同時(shí)可以有效減少模型試驗(yàn)裝置側(cè)壁摩阻力和固結(jié)排出的多余水分對(duì)試驗(yàn)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(yàn)誤差。
　　 2.在不同離心力場(chǎng)作用下，針對(duì)飽和砂土開展了一維固結(jié)離心模型試驗(yàn)?；趯?duì)

3、固結(jié)試驗(yàn)過程中土體沉降變形隨時(shí)間的變化曲線、孔隙水壓力隨時(shí)間的變化曲線，以及固結(jié)試驗(yàn)時(shí)間和理論計(jì)算時(shí)間的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)即使是在59的低離心力場(chǎng)中，一維固結(jié)理論已經(jīng)不適用于分析飽和砂土的試驗(yàn)特征。這一現(xiàn)象的主要原因是在較高的離心力場(chǎng)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(dá)西定律。
　　 3.針對(duì)不同地域的典型飽和軟土，進(jìn)行了不同離心加速度下的模擬試驗(yàn)研究，通過數(shù)值計(jì)算和理論對(duì)比分析，提出了飽和軟土固

4、結(jié)理論在離心模型試驗(yàn)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(yàn)時(shí)間與理論計(jì)算時(shí)間的對(duì)比分析，明確了不均勻離心力場(chǎng)對(duì)飽和軟土固結(jié)試驗(yàn)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(chǎng)下的試驗(yàn)分析。在離心力場(chǎng)下，必須考慮土體自重的影響，推薦采用Gibson—維固結(jié)理論對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算研究。
　　 5.在對(duì)多組離心模型固結(jié)試驗(yàn)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(shì)能概念、達(dá)西定律、理論力學(xué)和離心力場(chǎng)中土體的受力特點(diǎn)等，推導(dǎo)了離心固結(jié)試驗(yàn)的時(shí)間比尺修正式，并通過對(duì)不同區(qū)域飽和土體的離心固結(jié)模型試驗(yàn)進(jìn)行研究，給出了時(shí)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(duì)軟黏土地基和飽和黃土地基，進(jìn)行了實(shí)際工況的離心模擬試驗(yàn)和三維數(shù)值計(jì)算的對(duì)比分析，試驗(yàn)中引入了相應(yīng)的時(shí)間比尺修正式，論證了應(yīng)用修正式計(jì)算飽和土體離心模擬固結(jié)試驗(yàn)時(shí)