黏土地基卸荷状态下负孔压产生机理及模型试验研究

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1、天津大学博士学位论文黏土地基卸荷状态下负孔压产生机理及模型试验研究TheoreticalandModelTestStudyontheDevelopmentofNegativePorePressureinSateratedClayFoundationinUnloadingConditions一级学科：土木工程学科专业：岩土工程作者姓名：张京京指导教师：闫澍旺教授天津大学建筑工程学院二零一七年五月万方数据万方数据中文摘要吸附力广泛存在于海洋基础当中，是海洋岩土工程的重要内容。当饱和黏土地基中的基础承受海浪、风力等向上的荷载时，地基

2、土处于卸荷状态而产生负孔隙水应力，成为吸附力的主要组成部分。当基础以抗拔阻力的形式为上部结构提供稳定工作条件时，负值孔隙水应力是抵抗外部荷载的有利因素，如吸力锚、吸力桩等结构物；而对于桩靴移位、拔桩和打捞沉船等工程，负的孔隙水压力又成为需要克服的不利因素。因此，对于饱和黏土地基中负值孔隙水压力在卸荷条件下的研究是非常重要的课题。针对这一课题，本文进行了理论和试验研究，主要研究内容、研究成果和创新点如下：（1）通过饱和软黏土等向固结的三轴卸荷试验，研究了卸荷条件下孔隙水应力的发展规律，并进行了影响因素研究。（2）基于修正剑桥模型

3、，提出了计算超静负孔压的方法。同时，结合Henkel孔压理论，揭示了卸荷条件下超静负孔压产生的机理，解释了饱和黏土卸荷时孔压随应变的增加而由负变正的原因。（3）以箱型基础模型为研究对象，研究了固结应力、卸荷速率对渤海湾软土孔隙水应力及上拔阻力的影响作用，得到与三轴试验一致的结论。对卸荷速率影响的上拔承载力进行归一化分析，提出承载力系数Nc与卸荷速率之间的经验关系，并基于试验结果界定了速率影响作用下的完全不排水、部分排水以及完全排水界限。（4）通过整理总结高岭土地基中速率影响的上拔承载力试验，提出修正剑桥模型适用于较低卸荷速率的

4、孔压预测，对于较快速率的上拔问题需要采用模型试验结果。这一研究结论的得出以桶形基础上拔试验分析为载体。为了确定桶内土塞的情况进而更加真实的分析上拔试验状态，对桶形基础的负压下沉进行了研究，提出一种考虑桶形基础楔形底端贯入黏土地基中所需负压和允许负压的计算方法。（5）以钻井船的预制过程为研究对象，分析了桩靴贯入和拔出对舾装码头的影响。结合本文研究成果，尝试通过降低拔桩速率减小对高桩码头的影响，量化了速率对岸坡的影响作用，对施工过程提出有益的建议。关键词：上拔；吸附力；负孔隙水应力；速率；桶形基础；桩靴万方数据万方数据ABSTRA

5、CTItisanimportantresearchtopicinmarinegeotechnicalengineering,assuctioniswidelyexistedinoffshorefoundations.Whenagravitystructure,suchasacaissonorajackupspudcan,ispulledoutfromthesaturatedsoftclay,negativeexcessporepres-surewillbedeveloped,whichmaybecomethemainparto

6、fthesuctionforceandgreatlyincreasethepulloutforce.Whenanyfoundationinsaturatedclayfoundationisusedtoprovidestableworkingenvironmentfortheupperstructure,suctionforcebetweenthebaseandfoundationisbeneficialtoresisttheexternalload.However,astructure,suchasspudcan,needto

7、bepulledoutandmovedtootherareas,itwillbecomeahindranceandrestrictingfactor.Therefore,thestudyofnegativeporewaterpressureinsaturatedclayfoundationunderunloadingconditionsisaveryimportantsubject.Theoreticalandexperimentalresearchhasbeenconducted,andthemainresearchandr

8、esultsareasfollows.(1)Thedevelopmentofexcessporepressureisstudiedbasedontriaxialextensiontestsunderisotropicconsolidationcondition.Thestre