灰土地基的浸水特性及应力应变分析

论文摘要

灰土广泛应用于提高地基土的承载力及消除地基的湿陷。石灰是一种廉价的建筑材料,用灰土垫层、灰土挤密桩处理地基可以取得良好的经济效益。国内外学者对灰土的加固机理和石灰与土之间的微观反应机理进行了大量研究,对浸水后灰土的强度分析依然不够。灰土浸水后其强度、变形和弹性模量与浸水前大不相同,并且破坏形式也有所不同。基于室内三轴试验对灰土浸水后的力学性能的研究可以接近实际灰土的受力性状。因此,采用室内三轴试验对灰土浸水后的力学性能的研究具有非常重要的现实意义。本文采用粉土与消石灰配制2：8灰土试样,进行灰土浸水后的三轴试验,通过应力—应变曲线,分析灰土的浸水强度等一系列特征。试验主要考虑了养护龄期、含水率、围压等因素。根据灰土浸水后的应力—应变关系,采用有限元软件模拟灰土复合地基的受力与变形情况,并与实测结果进行了对比分析。本文主要研究成果如下：1、根据不同龄期、不同含水率、不同围压干湿两种状态灰土试样的三轴试验结果,系统分析了各因素对灰土的应力—应变的影响规律。2、龄期短的灰土极值强度对应的轴向应变较大,试件破坏时的强度与极值强度较接近。龄期越长,相同围压下试件破坏时的强度越高；含水率小于最优含水率时灰土强度随着含水率的增大而增大,越接近最优含水率强度增长的幅度越小。含水率大于最优含水率时,灰土强度随着含水率的增大而明显下降：随着围压的增大,灰土试样的初始弹性模量和强度均有所提高。3、灰土的前期养护强度增长较快,强度与养护龄期的关系成对数上升,随着试样养护龄期的增长,灰土的强度极值相对增长；含水率对灰土强度值影响也较显著,最大值出现在了最优含水率附近；在养护条件较短的条件下,围压的提高对灰土强度增长的影响较显著。4、灰土的变形模量随着围压的增大而不断增大；不同龄期灰土的变形模量随着养护龄期的增长而增大。30天龄期试样的变形模量已经达到90天龄期试样的74.4-86.7%,平均值达到了90天龄期试样变形模量的81.6%。养护龄期90天后试样的变形模量的增长趋势逐渐减缓。5、石灰的掺入主要改变了灰土的凝聚力,试验结果表明,灰土的c值较原土样提高了十几倍,φ值也有所增长。6、灰土试样有以下三种破坏形式：脆性剪切破坏、脆性张裂破坏以及塑性剪切破坏。7、有限元计算结果表明,最大的应力出现在基础底部,而顶部应力较小。总体上竖向应力与基础的距离呈正比关系,即应力随着深度的增加而不断增大。在垫层的底端与周围土体接触面上出现应力集中现象。地基竖向位移中较大值出现在灰土垫层中,砂石垫层发生的沉降相对较小,竖向应变随着深度的增加而不断减小,与实际情况相符。8、采用浸水后灰土的室内三轴试验结果作为灰土的计算参数,模拟结果与实测位移基本一致,可以较好的反应工程实际情况,可为实际工程的分析提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 我国灰土的分类
• 1.1.2 灰土垫层的历史
• 1.1.3 灰土在我国的应用
• 1.2 灰土的加固机理分析
• 1.2.1 土的构成与土团粒的形态
• 1.2.2 石灰对土体的增强加固机理
• 1.3 国内外研究现状综述
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 灰土的室内三轴试验研究
• 2.1 三轴试验
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试样制备及养护
• 2.2.3 试验设备
• 2.2.4 设计方案
• 2.3 灰土的三轴试验结果及其分析
• 2.3.1 灰土的应力应变特征
• 2.3.2 灰土的破坏形式
• 2.3.3 试验结果及其分析
• 2.3.3.1 灰土的应力—应变性状
• 2.3.3.2 灰土的剪切强度
• 2.3.3.3 灰土的强度指标
• 2.3.3.4 灰土的变形模量
• 2.3.3.5 干湿状态下灰土强度指标的对比分析
• 2.4 本章小结
• 3 有限元法中应力应变分析的实现
• 3.1 有限单元法
• 3.2 有限元法在土工数值分析方面的应用发展
• 3.3 ABAQUS有限元软件
• 3.3.1 ABAQUS各模块介绍
• 3.3.2 ABAQUS CAE特征及其功能介绍
• 3.3.3 分析范围及在岩土领域的适用性
• 3.3.4 ABAQUS用于岩土工程问题的特殊单元
• 3.4 本章小结
• 4 基于ABAQUS的有限元分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 基坑沉降监测方案
• 4.3 地基沉降的有限元模拟
• 4.4 有限元模拟结果分析
• 4.5 监测结果与计算结果的对比
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文