軟粘土蠕變?cè)囼?yàn)與本構(gòu)模型辨識(shí)方法研究及應(yīng)用.pdf

1、路堤沉降預(yù)測(cè)機(jī)理研究是軟弱地區(qū)公路建設(shè)中十分重要課題之一。文中針對(duì)自上至下由高液限土、軟粘土組成的特殊路基，采用試驗(yàn)研究、理論分析、公式推導(dǎo)、數(shù)值仿真等技術(shù)手段開展了高路堤沉降分析及預(yù)測(cè)研究，最后以湖南竹城公路為工程背景，進(jìn)行工程實(shí)例分析。主要研究工作如下： 第一、軟粘土蠕變?cè)囼?yàn)及結(jié)果分析 1.開展室內(nèi)土工物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，掌握高液限土以及軟粘土的強(qiáng)度與變形特性；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟粘土不同固結(jié)應(yīng)力下單向固結(jié)蠕變?cè)囼?yàn)以及不

2、同圍壓、不同加載等級(jí)下三軸固結(jié)不排蠕變?cè)囼?yàn)，得到全過程蠕變?cè)囼?yàn)曲線及孔壓發(fā)展曲線；詳細(xì)分析了陳氏法處理后的土樣蠕變曲線、應(yīng)力．應(yīng)變等時(shí)曲線及應(yīng)變率．偏應(yīng)力曲線。 2.基于三軸蠕變?cè)囼?yàn)分別采用著名的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚐ingh-Mitchell蠕變模型、Mesri蠕變模型及其二者修正模型對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)與對(duì)比，但擬合誤差較大。鑒于此，本文試圖建立新的蠕變本構(gòu)模型進(jìn)行理論分析，即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用冪函數(shù)，應(yīng)變．時(shí)間關(guān)系采用雙曲線函數(shù)。該模型

3、的優(yōu)點(diǎn)是參數(shù)少，且對(duì)竹城公路軟粘土蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果的擬合精度較高，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诠こ虒?shí)踐中具有一定的應(yīng)用價(jià)值，但缺乏嚴(yán)密的理論根據(jù)，對(duì)有限元工程數(shù)值分析卻顯得困難。需要進(jìn)一步研究適合于有限元數(shù)值分析的本構(gòu)模型。 第二、基于遺傳算法與層疊模型的軟粘土本構(gòu)關(guān)系辯識(shí)原理研究 1.研究遺傳算法與彈粘塑性有限元程序相結(jié)合進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)的原理，編制了相應(yīng)的辨識(shí)程序GAPD，由此得出結(jié)論：遺傳算法應(yīng)用于巖土彈粘塑性本構(gòu)模型的參數(shù)辨識(shí)是可行的。

4、 2.基于層疊模型與遺傳算法軟粘土本構(gòu)關(guān)系辯識(shí)原理研究，編制了相應(yīng)的數(shù)值分析軟件，結(jié)合室內(nèi)三軸蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果，辯識(shí)結(jié)果表明七參數(shù)層疊模型適合于竹城公路軟粘土地基沉降分析。 第三、路基沉降工程實(shí)例分析 文中選取竹城公路K8+270高路堤工程地質(zhì)斷面進(jìn)行工程實(shí)例分析路基沉降規(guī)律，分別采用如下方法分析：①層疊模型有限元法(七參數(shù)層疊模型)；②分別考慮和不考慮蠕變特性的大型通用有限元程序Plaxis；③工程實(shí)踐中常用的分層總

5、和法。通過分析比較，得到有益于指導(dǎo)實(shí)際工程設(shè)計(jì)、施工的結(jié)論。 總之，本文通過大量的蠕變?cè)囼?yàn)，探討了路基軟粘土的蠕變變形與強(qiáng)度特性及其影響因素；尋求了合適的蠕變模型，包括層疊模型、經(jīng)驗(yàn)蠕變模型以及屈服面蠕變模型以及這些蠕變模型的參數(shù)確定方法；將這些模型與有限元數(shù)值分析相結(jié)合，發(fā)展了多種能夠反映軟粘土蠕變特性的路基沉降計(jì)算方法。本文的研究工作為提高軟粘土路基設(shè)計(jì)水平提供了理論基礎(chǔ)，不僅具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且具有較高的工程應(yīng)用意義。