宁波软土工程地质特征与本构模型分析,地质工程论文.docx

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1、宁波软土工程地质特征与本构模型分析,地质工程论文关于宁波软土工程特性的研究相对较少，当前已有的研究成果一般也只是针对某方面特性而展开的1.宁波软土研究最早可追溯到二十世纪五十年代，由浙江大学、铁科院合作研究，解决了宁波市铁路路堤地基稳定问题，开拓了宁波软土研究的先河。1981 年曾国熙等人对宁波软土进行了以强度为主的研究，指导了杜湖水库高坝地基的建设。1992 年朱向荣等人结合宁波烁社机场及舟山机场建设的经历体验，对软土变形进行了研究。二十世纪九十年代，在宁波地区大规模建设发展的要求下，软土的相关研究渐渐变热。苏伯苓对宁波地区软土的流变规律及工程实例应用进行研究，并获得显着成果。为解决萧甬铁路

2、宁波段工程问题，1997 年周全能等人具体研究了宁波软土工程地质特征，并指导铁路建设的顺利完成。进入二十一世纪，宁波软土工程特性的研究越来越少，这与当今经济发展节拍完全不符，很有必要对宁波软土工程特性展开深切进入的研究，为各类工程提供必要的软土地质工程资料。 2 宁波软土工程地质特征 2. 1 工程大概情况 宁波软土地貌多为滨海相淤积平原，软土覆盖面积广阔，工程场地基本分布于软土层之上2.造成宁波城区建筑沉降变形的主要软土层有两层： 第一层由全新世海相淤积泥质土组成，厚度较大，含水量大，多为流塑状态，压缩性高，厚度为 2 20 米； 第二层为上更新世海积层，厚度为 28 45 米，压缩性较第一

3、层低，呈软流塑状态。宁波软土具有海绵构造和大型的层理构造，由于含有较多有机质、粘粒多、结合水丰富、颗粒间粘结力弱，因而压缩性较大，透水性差。本文主要以上述两层软土为例，对宁波软土工程地质特征及本构模型进行研究。 2. 2 工程地质特征 根据宁波软土层的物理力学指标，可分析得到宁波软土具有的工程地质特征有： 1 含水量高。软土的天然含水量 w 一般超过液限 wL5% 到10% ,土体饱和度较高，液性指数大于 1,Sr 大于 94% ,以粘性土软硬度为标准进行划分，软土处于流塑状态，流变性明显。 2 孔隙率高，压缩性高。这类软土受压力后沉降比拟大，属于高压缩性软土，孔隙率大于1,压缩系数平均值为0

4、. 76MPa- 1,压缩模量在2MPa 到 3MPa 之间。 3 浸透性较差。软土层的颗粒成分以细颗粒为主，矿物成分以亲水性及活动性较大的矿物为主，液限 WL在30%到50%之间，扩散层的水膜厚度较大，浸透系数小。垂直方向的浸透系数约为 2. 12x10- 7cm /s,水平方向浸透系数约为 3. 94x10- 7cm / s.由上述分析可知，软土地基上的建筑物的沉降周期较长，经常可达数十年，而且后期沉降比将会逐步增大，因而在实际工程施工经过中应充分考虑到软土的次固结沉降。 4 抗剪强度较低。在宁波软土地基修筑土坝、深基坑工程及路堤等工程时需要对软土地基进行预处理或基坑支护。由于软土粘聚力在

5、4 30KPa 之间，内摩擦较小，直接影响到地基的承载力和边坡的稳定性。 5 宁波软土灵敏度较高，灵敏度平均为 4,属于中等灵敏度软土。 灵敏度越大，表示土构造对强度的影响越大。由于宁波软土的灵敏度大，土构造与强度的联络较为严密。宁波软土构造受扰动后，强度经常降低75%左右，这对工程施工是很不利的，因而需尽量避免土体遭到扰动。 3 本构模型研究 3. 1 弹塑性损伤模型 1 软土损伤基本理论宁波软土的构造性较强，其受力时粒间连接不断被毁坏，这种微观机制的变化使得软土的土力学性质发生了变化。我们把软土从原状土向重塑土过渡，并伴随着粒间构造毁坏及颗粒构造重新排布的这个经过叫做损伤。1988 年沈珠

6、江最早运用软土损伤对土体本构关系进行研究，奠定了土体损伤力学模型的基础。 采用损伤力学研究土体构造时可用损伤来描绘叙述土体构造毁坏的经过，找出其演化的规律，并建立起含有损伤变量的本构方程。这样能更具体地描绘叙述天然软土在受力后所表现出的应变性状。 2 损伤变量确实定损伤变量就是在损伤力学中所定义的一个能够描绘叙述土体损伤演变经过的变量。根据损伤变量函数可计算出损伤变量的值： W = qu- q / qu- q u =1 - e- a ε1 - εfqu、q u为原状土和重塑土在无侧限压缩试验中的应力峰值强度； q为应力峰值； εf为应力峰值 qu

7、所对应的轴向应变，ε1为应力值 q 所对应的任一轴向应变； a 为损伤演化参数。 3 建立本构关系本文主要从损伤力学基本理论、应变增量的计算及弹性损伤矩阵三个方面对本构关系的建立进行介绍。 根据沈珠江 1993 提出的土体损伤理论，土体在遭到压力的作用时，其变形经过能够看成由原状土向损伤土演变的经过，其力学参数可由下式计算得出：S = 1 - Si+ SdS 为天然土体的力学参数，Si为原状土的力学参数，Sd为损伤土的力学参数， 为损伤比。 由弹性矩阵可推算出：【1】 3. 2 弹粘塑性模型 本文结合宁波软土蠕变实验结果，在 Borja 模型的基础上，对弹粘塑性模型进行改良，用

8、 Mersi 模型代替 singh - Mitchell 模型，建立一个适用于任何剪切应力水平范围的本构模型。Borja模型的软土蠕变包括体积蠕变和剪切蠕变两种，分别属于 Taylor 次固结模型和 singh 一 Mitchell 模型，这两者都是通过引入滞后变形项来计算软土蠕变影响的4. 1 体积蠕变模型 t1在一样固结压力的情况下，体积蠕变模型中软土的次固结系数一直保持不变。详细计算公式如下：εtv= / 1 + e tv = Ca/ ln10,Ca为次压缩系数，tv为体积蠕变时间。 2 剪切蠕变模型剪切蠕变经历体验模型是建立在三轴流变实验的基础之上的，详细如下： &ep

9、silon;t = Aexp D t1tm当时间一定时，该模型可简化成指数型应力 - 应力模型，适用于剪切应力在 20% 80%之间的土体，而不能反映其他应力水平范围内的土体性状，尤其对应力水平低于 20%的土体，效果极其不明显。 4 结束语 宁波软土具有流变性明显及构造性较强两大特点，通过室内工作，笔者分析了宁波软土工程地质特征，对宁波软土含水量、孔隙度、浸透性、抗剪强度及灵敏度做出了具体解释。并且修正剑桥模型进行功能扩展，对宁波软土进行本构模型研究，介绍了弹塑性损伤模型与弹粘塑性模型两种本构模型。 以下为参考文献 1刘用海，朱向荣，吴健，等。 宁波软土构造性成因及其对工程特性影响的研究J. 工业建筑，2008,38 3 : 68 -71. 2王文军，刘用海，朱向荣。 宁波海相软土工程特性研究J. 工程勘察，2008, 10 : 19 -24. 3李金柱，朱向荣，刘用海。 构造性软土弹塑性损伤模型及其应用J. 浙江大学学报： 工学版，2018,44 4 : 806 -811. 4刘用海，李水明，俞伯华。 宁波软土次固结特性试验研究J. 土工基础，2018,23 3 :77-79