本書以結構性黏土為研究對象, 采用試驗探究與理論分析的方法, 開展了靜力和動力特性研究, 系統研究了結構性黏土的變形特性與結構損傷演化規(guī)律及循環(huán)荷載作用下的動力響應特征, 本書主要內容包括結構性黏土的土質學特征及物理化學特性、結構性黏土的工程力學特性 (應力-應變關系、強度包線線型、固結系數與滲透系數等) 、不同應力路徑下結構性黏土的力學特性、小應變條件下結構性黏土的剛度特性、循環(huán)荷載作用下結構性黏土的動力特性、循環(huán)荷載作用后結構性黏土的靜力特征、循環(huán)荷載作用下結構性黏土長期變形沉降的預測及模型等。
1緒論(1)
1.1引言(1)
1.2結構性黏土的研究現狀(3)
1.3土體力學特性應力路徑依賴性研究現狀(14)
1.4土的小應變剪切模量研究現狀(18)
1.5循環(huán)荷載作用下結構性黏土的研究現狀(21)
1.6循環(huán)荷載作用下軟黏土流變特性研究現狀(29)
1.7本書主要研究工作(31)
參考文獻(33)
2湛江黏土的工程特性和土質學特征(52)
2.1引言(52)
2.2湛江黏土的工程地質特性(53)
2.3湛江黏土的力學特性(59)
2.4湛江黏土的土質學特征(76)
2.5小結(84)
參考文獻(85)
3不同應力路徑下湛江黏土的力學特性試驗研究(87)
3.1引言(87)
3.2湛江黏土不同應力路徑試驗研究(89)
3.3不同應力路徑下湛江黏土的力學特性(93)
3.4卸荷速率與卸荷路徑影響下湛江黏土力學特性研究(107)
3.5小結(118)
參考文獻(120)
4小應變振動下湛江黏土的剛度特性(123)
4.1引言(123)
4.2湛江黏土的共振柱試驗(124)
4.3湛江黏土動剪切模量結構損傷效應(133)
4.4機制分析與討論(141)
4.5小結(145)
參考文獻(146)
5湛江黏土剪切過程結構損傷響應特征(148)
5.1引言(148)
5.2湛江黏土固結和剪切過程動模量響應特征(149)
5.3結構性黏土的脆彈塑性模型(164)
5.4小結(166)
參考文獻(166)
6湛江黏土的動力特性(169)
6.1引言(169)
6.2結構性對湛江黏土動變形特性的影響(171)
6.3結構性對湛江黏土動孔壓特性的影響(179)
6.4靜偏應力對結構性黏土動力特性的影響(181)
6.5沖擊荷載下結構性黏土的力學響應(196)
6.6小結(205)
參考文獻(206)
7描述循環(huán)荷載作用下黏土累積變形的改進模型(209)
7.1前言(209)
7.2改進模型的提出(210)
7.3改進模型的適用性分析(214)
7.4基于改進模型的臨界動應力與應變破壞標準判識(218)
7.5小結(221)
參考文獻(222)
8湛江黏土的動力蠕變模型(224)
8.1引言(224)
8.2流變理論基礎(225)
8.3土體的動力循環(huán)蠕變特性(227)
8.4結構性黏土的動力蠕變模型(232)
8.5小結(248)
參考文獻(249)
9結論與展望(251)
9.1結論(251)
9.2展望(254)
我國沿海地區(qū)廣泛分布著深厚軟土層,這些軟黏土的含水率大、壓縮性高、透水性差、承載力低。沿海地區(qū)是我國經濟相對發(fā)達地區(qū),改革開放以來經濟快速發(fā)展,城市規(guī)模擴大以及人口急劇增加,房屋建筑、軌道交通等大型工程大量興起,大部分設施都建筑于軟黏土地基上。由于軟黏土地基強度低、穩(wěn)定性差、沉降問題突出,且具有一定的流變性和觸變性,在外部荷載作用下土體破壞表現出突然性破壞,給工程建設造成極大危害。軟黏土由于具有結構性,因此常表現出與重塑土不同的工程性狀。世界各地均有結構性黏土的存在,如挪威、瑞士、印度沿海地區(qū)以及東南亞地區(qū)等,對具有特殊工程性質的黏土,需要特別考慮其穩(wěn)定性、沉降變形以及土體動力響應特征等。
土體的變形和強度是巖土工程為關心的兩大問題。軟黏土承受高層建筑、橋等靜力荷載作用時,會因荷載過大而降低安全系數,變形過大而失穩(wěn)。而巖土工程在其使用期內,土體也會受到環(huán)境因素或人類活動等動荷載的影響,通常土體在動荷載作用下的響應比靜荷載更加復雜。動荷載如交通、波浪沖擊與地震等反復荷載作用也會導致結構性黏土發(fā)生突然破壞而失穩(wěn),如圖11所示。其中圖11(a)為地震誘發(fā)的側向大變形,圖11(b)為鐵路路基在反復荷載作用下剪切破壞示意圖。沿海地區(qū)的機場、高速公路、鐵路、地鐵等大型交通工程都建在軟黏土地基上,投入運營之后必然會受到循環(huán)荷載作用,常出現竣工后沉降大的問題,對工程造成了極大的安全隱患。如溫州機場跑道由于飛機起降引起了地基沉降,建成4年后沉降達16.6 cm,目前已達55 cm,遠高于8 cm的設計值。跑道空鼓現象時有發(fā)生,大大增加了維護成本。循環(huán)荷載引起的軟土路基不均勻沉降,必然會影響建筑的美觀,甚至會破壞建(構)筑物結構,降低其使用年限,影響道路下的管線和行車安全等。
圖11地震及路基在循環(huán)荷載作用下失穩(wěn)土體結構性對其固結、壓縮、變形以及強度等工程性質均有相當程度的影響,結構性黏土壓縮曲線、應力應變關系曲線、強度包絡線線型、固結系數與滲透系數均在其結構破壞前后的性狀具有很大不同\[1\],存在明顯轉折點,現場觀測的沉降過程線、孔隙壓力系數的變化及水平位移曲線也如此。原狀土在低應力水平下呈低壓縮性,而當應力水平超過結構屈服應力后,由于結構性喪失而強度降低,土體抵抗變形和破壞的能力減弱,土體性質逐漸趨向于重塑土。然而,大部分工程實踐都是基于重塑土或擾動土的室內試驗結果,從而使設計偏于安全,不能合理利用土的結構性,造成經濟上的浪費?琢顐[2\]等結合湛江海域防波堤軟土層的結構性破損程度分析、穩(wěn)定性評價與變形監(jiān)測,提出該下臥結構性軟土可作為防波堤的持力層的結論。防波堤多年運營效果驗證了利用軟土結構性潛能的合理性。