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考虑温度影响的软土和软土地基变形特性是当今岩土工程领域颇为关注的研究课题之一,其在各种涉温工程中都具有广泛的应用背景。在总结国内外相关领域研究现状的基础上,基于室内试验和解析理论研究了考虑温度影响的软土及软土地基的长期变形特性。主要内容包括:
(1)基于温控固结仪,开展了一系列热固结压缩试验,研究了不同超固结比(OCR)对软黏土热固结特性的影响,结果表明:在OCR较小的情况下,加温将使软黏土产生沉降;OCR越小,沉降量越大,降温后回弹越少。在OCR较大的情况下,加温使得软土产生膨胀;降温后膨胀可部分恢复,且OCR越大恢复量越大。根据测试结果拟合了考虑OCR影响的热固结经验关系式。
(2)通过开展不同温度下的分级加载固结压缩试验,研究了温度对软土次固结系数的影响。试验结果表明:温度和荷载都是影响软土次固结系数的因素;温度越高,次固结系数越大;软土次固结系数与压缩指数的比值区间为0.021~0.024。基于试验数据,拟合了温度-荷载-次固结系数之间的经验关系式。
(3)将孔隙比变化视为由有效应力变化、温度变化与次固结引起的三部分,推导了软土应力应变关系,通过联立热平衡方程与连续性方程,建立考虑次固结的软土地基一维非线性热固结理论,并对其进行解析求解。算例分析表明:考虑次固结的孔压消散速度与固结速度较不考虑次固结的慢;考虑次固结与温度耦合的解答与仅考虑次固结的解答相比,孔压消散速度或固结速度更快;升温能加快孔压的消散,加速土体的固结,减小软土地基工后长期沉降。
(4)在前文研究基础之上,进一步考虑温度及应变率对土体压缩指数的影响,建立了考虑温度与应变率耦合作用的软土地基一维非线性热固结理论,并进行简化求解。算例分析表明:考虑应变率与温度耦合的固结理论得到的固结速率较传统太沙基固结理论快,且应变率越大固结速率越快;而在某一应变率下,温度越高,固结速率越快,但这种趋势随温度增加而逐渐减缓。
(1)基于温控固结仪,开展了一系列热固结压缩试验,研究了不同超固结比(OCR)对软黏土热固结特性的影响,结果表明:在OCR较小的情况下,加温将使软黏土产生沉降;OCR越小,沉降量越大,降温后回弹越少。在OCR较大的情况下,加温使得软土产生膨胀;降温后膨胀可部分恢复,且OCR越大恢复量越大。根据测试结果拟合了考虑OCR影响的热固结经验关系式。
(2)通过开展不同温度下的分级加载固结压缩试验,研究了温度对软土次固结系数的影响。试验结果表明:温度和荷载都是影响软土次固结系数的因素;温度越高,次固结系数越大;软土次固结系数与压缩指数的比值区间为0.021~0.024。基于试验数据,拟合了温度-荷载-次固结系数之间的经验关系式。
(3)将孔隙比变化视为由有效应力变化、温度变化与次固结引起的三部分,推导了软土应力应变关系,通过联立热平衡方程与连续性方程,建立考虑次固结的软土地基一维非线性热固结理论,并对其进行解析求解。算例分析表明:考虑次固结的孔压消散速度与固结速度较不考虑次固结的慢;考虑次固结与温度耦合的解答与仅考虑次固结的解答相比,孔压消散速度或固结速度更快;升温能加快孔压的消散,加速土体的固结,减小软土地基工后长期沉降。
(4)在前文研究基础之上,进一步考虑温度及应变率对土体压缩指数的影响,建立了考虑温度与应变率耦合作用的软土地基一维非线性热固结理论,并进行简化求解。算例分析表明:考虑应变率与温度耦合的固结理论得到的固结速率较传统太沙基固结理论快,且应变率越大固结速率越快;而在某一应变率下,温度越高,固结速率越快,但这种趋势随温度增加而逐渐减缓。