浅谈淤泥质粘土在冲击荷载下固结机理研究及应用

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1、中国科学院研究生院博士学位论文淤泥质粘土在冲击荷载下固结机理研究及应用姓名：孟庆山申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：汪稔20030601摘要越来越多的理论研究和工程实践表明，动力排水固结法加固淤泥质饱和软粘土地基是行之有效的。其实质是在淤泥质饱和软粘土层上铺设渗透性能好的素填上或碎石土，在冲击能作用下形成“硬壳层”，该硬壳层充当冲击能量向深部饱和软粘土传播应力的载体，土体中被冲击荷载激发出来的孔隙水沿着布置在软土地基中的空间排水网络排出，土体得以固结，强度提高。围绕动力排水固结法加固淤泥质饱和软土地基的加固机理和施工工艺这一课题，本文利用土动力学方面的分析手段

2、进行了如下系统的研究：首先，本文评价了广西钦州港淤泥质饱和软粘土的工程特性，并对强夯处理前后土的物理力学指标之间的相关关系的变化作了比较。提出了室内动力固结试验装置的设计思路，并验证了改造后的动力固结装置模拟现场动力排水固结施工的可行性。在室内试验的基础上，对冲击荷载作用下的饱和软粘土的冲击应力、孔压和变形规律进行了系统的研究，提出了饱和冲击能量、合理冲击击数、冲击遍数和冲击能量大小施加顺序等施工工艺要素的确定方法。其次，就排水措施的使用、不同固结状态以及固结围压大小几个方面对原状土样和重塑土样在冲击荷载下的动态响应特性的影响进行室内试验，发现原状土样与重塑土样在动态

3、响应上的异同，指出由于软土具有一定的结构性，不能完全依赖重塑土试验来研究软土的动力特性，但重塑土表现出的一般的规律性对原状土的研究具有重要的参考价值。再次，通过室内试验的研究发现：淤泥质饱和软粘士在冲击荷载作用下孔隙水压力符合双曲线型发展模式，而轴向变形的发展模式用对数——双曲线型式加以拟合则更趋合理。并且给出用与切线模量相关的标准确定加工硬化型应力——应变关系曲线的破坏点的方法，提供了利用任意固结度下的应力路径求解不排水抗剪强度的计算式。另外，引入双屈服面弹塑性本构模型和动态形函数的概念，用显示积分法求解Biot动力固结有限元方程，编制了相应的计算程序DCFEM，对

4、单击荷载下饱和软粘土的动态响应特征进行数值模拟。计算结果表明，应力波在土体中是按竖立的椭球面传播的，数值计算结果、室内试验结果与现场测试三者之间较为吻合。最后，对本文研究成果进行总结，按照本文室内试验结果结合已有的成果给出了动力排水固结法加固淤泥质饱和软粘土地基的加固机理和施工工艺。关键词：动力排水固结法，淤泥质饱和软粘土，冲击荷载，工程特性，孔隙水压力，轴向应变，抗剪强度，弹塑性模型，有限元方法ResearchonMechanismImpactLoading0fSiltySoftClayunderandItsApplicationMengQingshan(Geote

5、chniealEngineering)DirectedbyProf．WangPenABS狲CTDynamicconsolidationbydrainagewasshowneffectivemethodofsoftclaygroundtreatmentfrommoreandmoretheoreticalresearchandengineeringpractice。Theessenti砖ofthismethodwasthatpavingthenativefillingandcmshedstoneonsaturatedsiltysoftclay,thematerialhas

6、betterpenetrabilityandwouldcomeintobeing“incrustationlayer'’underimpactloading。Thislayeractasthecarrierthatdiffusethestresscan'lefromimpactenergyintodeeplysoftclay,sotheporewaterpressurethatexplodedbyimpactloadingwoulddrainedalongthedimensionaldrainagenetworkinthesaturatedsoftclay,theso

7、Rclaywasconsolidated，andhavemuchgreatershearstrengththanbefore。Themechanismandtechnicalprocessofsiltysoftclayunderdynamicconsolidationbydrainageweresystematicallystudiedinvirtueofdynamicknowledgeofsoil．Firstly,inthisthesis。theengineeringcharacteristicofsaturatedsoftclaywhichtak