【摘 要】
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伴随着围海造陆工程的大量实施,我国沿海地区大面积分布各类软土,带来了一系列的环境岩土工程问题和灾害,如建筑密集区区域性的工程性地面沉降问题、深大基坑施工变形及其对周围环境的影响、滨海盐渍土对结构的侵蚀性、软土地基处理与加固问题、地震荷载作用下的软土震陷问题等。大量科学研究与工程实践经验表明,软土的流变性是产生这些问题的主要原因之一。对于在围海造陆过程中形成的大量由海积软土组成的地基,这种流变特性产
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伴随着围海造陆工程的大量实施,我国沿海地区大面积分布各类软土,带来了一系列的环境岩土工程问题和灾害,如建筑密集区区域性的工程性地面沉降问题、深大基坑施工变形及其对周围环境的影响、滨海盐渍土对结构的侵蚀性、软土地基处理与加固问题、地震荷载作用下的软土震陷问题等。大量科学研究与工程实践经验表明,软土的流变性是产生这些问题的主要原因之一。对于在围海造陆过程中形成的大量由海积软土组成的地基,这种流变特性产生的影响尤其显著。因此,合理准确地预测和分析软土地基长期流变引起的建筑物沉降变形及其对结构的影响,对指导结构设计和施工至关重要。进行预测和分析时,常常借助于数值计算的手段,在数值分析中,选取合理的软土本构模型是关键。针对上述问题,本文在检索了大量相关文献中软土试验数据的基础上,建立了考虑损伤的结构性软土流变本构模型,在此基础上,基于ABAQUS开发用户接口程序,并对实际工程进行数值模拟,分析软土流变性对上部结构的长期影响,为软土地基建筑物施工及设计提供合理化建议。本文主要工作及成果如下:(1)研究了软土在不同围压和偏压下黏滞系数随时间变化规律,建立了黏滞系数随偏压、围压、时间变化的关系式,并验证了其广泛的适用性。研究发现,黏滞系数不仅随时间发生变化,围压和偏压的不同也对其有重要影响。机理:黏分析表明:滞系数的大小反映了结合水膜厚度。随着固结压力的增大,随着自由水、渗透结合水的排除,结合水膜厚度减小,土颗粒之间的连结力增强,黏滞系数变大。(2)在黏滞系数研究成果的基础上,建立了变黏滞系数的重塑土流变两元件模型,并在其基础上进一步改进,建立了变黏滞系数的重塑土四元件流变模型。由于所建立的黏滞系数表达式是随偏压、围压、时间变化,因此所建立的重塑软土流变本构模型能较好地反映软土流变特性。通过相关文献中的试验数据验证了本文建立的重塑土流变本构模型的正确性和广泛适用性。(3)基于重塑土流变模型,建立了考虑结构损伤的结构性软土流变本构模型。该模型能反映偏压、围压对软土流变的影响,很好地表征流变特性,而且模型元件少,形式简洁明了,便于推广到三维,实现有限元计算程序的编写。(4)利用考虑结构损伤的结构性软土流变本构模型,将其从一维推广到三维,编写了基于ABAQUS的用户子程序,并建立相应的数值模型,计算实际工程中软土的变形,与试验数据进行对比,验证了所建立的软土流变本构模型及计算程序的正确性和有效性。(5)利用ABAQUS建立了 3组不同的计算模型,分析了框架结构不同基础型式下,软土流变对地基沉降及上部结构的影响。研究表明:基础刚度的增加可以减小总沉降量和地基的不均匀沉降;地基的不均匀沉降使得独立基础建筑中柱轴力增加3.24%,边柱和角柱轴力减小4.99%,梁端弯矩减小10%,跨中弯矩相应增大,对于筏板基础这种变化幅度更小一些。(6)基于研究结果,对滨海地区软土地基结构设计及施工提出了合理化建议,以保证其安全性和适用性。
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