考慮蠕變三維效應和交通荷載的超固結軟土沉降模型

《考慮蠕變三維效應和交通荷載的超固結軟土沉降模型》是依託河海大學，由李國維擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：考慮蠕變三維效應和交通荷載的超固結軟土沉降模型
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李國維
• 依託單位：河海大學

項目摘要

我國東南沿海地區軟土地層廣泛分布。深厚軟土路基工後長期沉降可導致安全事故和重大損失。超載預壓法處理的深厚軟基工程的工後沉降問題具有普遍性，主要原因是超載卸荷後形成的超固結軟土的蠕變變形，軟基低路堤還應考慮交通荷載的影響。本項研究基於Bjerrum時間平行線理論，建立超固結軟土次固結係數的理論模型和一維蠕變沉降模型；根據超固結軟土側壓力係數與應力歷史的關係，建立一維蠕變理論拓展模型；結合超固結軟土的三維蠕變性狀，建立三維蠕變體變模型；根據流動法則建立體變和軸向應變的關係，構成三維蠕變沉降統一模型。基於等效時間的思想，建立現場軟土蠕變過程時間狀態的確定方法，形成考慮三維效應的蠕變沉降算法。依據蠕變模型，以分時段不同恆載蠕變過程迭加逼近低頻小幅循環荷載過程，建立循環荷載累計應變迭加模型，最終形成考慮蠕變三維效應和交通荷載的超固結軟土沉降模型。研究成果對土力學沉降計算理論也有重要價值。

結題摘要

超載預壓深厚軟土地基上的工後沉降與超固結軟土的蠕變變形密切相關，若能較準確地估算出超載卸除後軟基的蠕變沉降，即可以解決其工後沉降的控制問題。超載預壓軟基低路堤淺層軟土需要附加考慮交通循環荷載的影響。由於受力狀態不同，軟土多維蠕變下的沉降全過程都存在三維效應，現有一、三維蠕變沉降模型存在參數多或功能局限的問題，不能直接反映應力歷史的影響，也不能確切判定現場軟土層蠕變過程的時間狀態。本項研究對於土力學沉降計算理論和解決超載預壓深厚軟基的工後沉降控制問題有重要意義。 通過理論和實驗研究，採用與應力歷史相關的蠕變沉降參數，直接反映軟土的蠕變過程受應力歷史的影響，建立考慮三維效應的超固結軟土蠕變沉降一維模型。將循環荷載長期的作用過程轉化為近似的恆定荷載過程，用恆載方法解決循環荷載問題。 研究發現，超固結軟黏土一維蠕變過程與空間應力狀態參數（廣義剪應力q和球應力p）具有良好的對應性，以此嫁接一維、三維蠕變過程成為建立蠕變統一模型的有效途徑；以空間應力狀態參數定義的超固結剪應力比能全面地反映超固結軟黏土的應力歷史，同時包含前期固結應力的量值和相對大小的影響；平面應變狀態下的蠕變過程與超固結剪應力比有對應關係，同時受主應力比影響，據此建立的以主應力比和超固結剪應力比為變數的四參數二維蠕變經驗模型，包含了正常固結狀態，具有較好的適用性；循環荷載長期作用下超固結軟土的一維、二維變形過程，孔隙水壓力與循環荷載對應，量值漸次消減直至發生等值振盪，對土體的長期變形不產生明顯影響，長期沉降變形可採用恆載蠕變模型近似計算；研製開發了低頻多波形循環荷載重複加卸荷的動力砝碼，建立了循環荷載下的軟土動力特性實驗儀器系統；研製開發了側向變形量測裝置和孔隙壓力測量方法改進常規平面應變三軸儀，獨立量測平面應變超固結軟土的側向變形和直接測量試樣中心的孔隙壓力，為動荷載下的二維蠕變實驗創造了條件。