基于有限特征比理论的软土变形特性研究

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1、广东工业大学工学硕士学位论文（工学硕士）基于有限特征比理论的软土变形特性研究罗智斌二零一五年五月分类号：１１８４５：学校代码ＵＤＣ：２１１１２０９０１２：密级：学号广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于有限特征比理论的软土变形特性研究罗智斌指导教师姓名、职称：李彰明教授企业导师姓名、职称：无专业或领域名称：土木工程（岩土工程）学生所属学院：土木与交通工程学院论文答辩日期：２０１５年５月ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｄｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｇｇＴｅｃ

2、ｈｎｏｌｏｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｙｇｇｇ（ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ）ｇＦｉｎｉｔｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＲａｔｉｏＴｈｅｏｒｓｔｕｄｏｎｔｈｅｙｙｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｏｆｔｓｏｉｌＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＬｕｏＺｈｉｂｉｎＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＬｉＺｈａｎｇｍｉｎｇＭａｙ２０１５ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧ

3、ｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｄｏｎ，ＲＲ．Ｃｈｉｎａ，５１０００６ｇｇ摘要摘要许多学者一直在探索土体的本构关系问题，试图研究出合适的本构关系用于预测土体的力学行为一。然而，该困扰岩土工程这行业与学术界的问题始终没有得到很好的解决。因此，依然有不计其数的学者和工程师在探索土体的本构关系上努力，试图在预测土体力学行为上有不断的进展。有限特征比理论（ＦＣＲＴ）提出用表征介质内部特征尺度（质点尺度）与介质“”整体外部特征尺度之比的Ｌ一个基本的变量有限特征比作为，在不可逆热力学

4、基础上构建有限特征比本构理论体系。已有理论分析与试验结果表明该理论模型与一试验结果具有致性。本文基于此理论，对软土变形特性进行研究。本论文首先综述了软土的变形特性研究状况与本构关系及模型研究状况以及存在的问题；再进行试验验证分析对比：３０）与利用多向高能高速电，即通过设置模型箱（几何相似比１磁力冲击智能控制试验装置，研究软土在高能量冲击下的变形特性，其中主要考察能量如何在土体内部传递；接着以土体孔隙特征系数作为特征长度拓展有限特征比理论并利用三轴试验验证其预测的合理性及准确性；最后通过已经建立的有限特征一比理论利用Ｆｏｒｔｒａｎ语言自幵发维有限元程序，

5、并利用该程序计算实例并将结果与实际情况进行对比分析。本文有关软土变形特性与ＦＣＲＴ应用分析研究取得的主要成果如下：（１）静动力排水固结法处理齡泥土体及沉降的过程中，在夯击过程中浅层土一致，而软土的沉降变形规律却与土压变化规律不压增量总是大于深层土压增量；浅层土体的变形随着夯击遍数增加而减小，深层土体的变形却随着穷击遍数增加而增大。（２）静动力排水固结法的工法下，游泥土体穷击能量并不是总是随深度增加而递减，此后随着游泥力学性质；高能量冲击下游泥内部能量初始主要作用于浅层不断沿深度方向改善，能量逐渐向下传递，主要用以加固深层土体；这表明该工法可

6、以加固深厚软土。（３）以土体孔隙特征系数）（即孔隙比表面积与其体积之比作为基本量的特征长度比，将其引入有限特征比本构模型，并利用土体的三轴试验以验证其描述土：体行为的可行性及准确性；得到的相应本构方程为Ｉ广东工北大学项士学位论文１４（ｙｒ■）－ｈ２ａ５￣ａＦ＜ｙｄ２（，＼，，［，））？丨丨，］０一（４）幵发编制了有限特征比理论模型的维有限元程序，并通过编译与多实例应用验证，。包括利用该程序对软土三轴试验结果和模型箱试验结果进行模拟结果表明该模拟计算出的结果与试验结果相符，误差在允许范围之内。该程序可选用）不同的土体特征

7、参数作为特征长度，其各自的本构方程如下（有关量说明见Ｐ３３：＇ｄ＇＇＾ｅ＝—２ａ－Ｆｄｂ｛ｄ（７Ｓ＋ａ＾ｄＳａａｄｚ、＾＾，＾Ｊ－，Ｊ＇＾（，ＪＪ）－（ｐ＇ｄｓ＾＾ｃｉｄＳ￣ａＦａｄｚ＾丨（））］＾丨Ｊ】＾，ｊ．．Ｚ？１４０－ｙ．１９７６＝－其中＋￣＾＋：／⑷ｌｎ４８．２３３５＋３７．５１０７１ｎｅ（）＾＾Ｇｒｙ２２ｆｌ＋ａｄＳ－ａＦａｄｚ（，，？Ａ，｛）），，厂ｊｊ，）０此外，再次验证了：夯击能量