文档介绍：中南大学
博士学位论文
软土路基双重非线性流—固耦合仿真分析与沉降预测
姓名:魏丽敏
申请学位级别:博士
专业:道路与铁道工程
指导教师:王永和
20050901
摘要稳定和过量沉降是软土地基工程中必须面对的两大问题。路基的过量沉降或不均匀沉降将导致线路运营条件恶化、乘客舒适度降低、甚至危及行车安全。严格控制工后沉降量是设计和修筑软土路基的技术关键,而合理、准确地预测沉降发展过程,又是经济合理地选择地基处理措施、科学安排施工进度、合理确定路面铺筑时间、有效减少工后沉降的技术基础。本文结合湖南省和广东省的相关科研项目,针对软土路基沉降分析和预测这一课题,基于粘弹塑性大位移问题的双重非线性流一固耦合分析方法,从室内试验、现场监测、理论研究、数值模拟到工程应用,进行了系统深入的探讨。主要工作有:ü夷谑匝椋治隽斯愣∥鞑垦睾5厍碚惩恋幕疚锢力学特性、水理特性、应力一应变特性、应力历史特性等;并通过长期蠕变试验,研究软粘土的流变特性、流变参数、超载预压对软粘土变形规律的影响。诜岣幌枋档南殖∈挡馐荩娴胤治隽巳碚惩恋鼗氖向位移两岛头植愠两、水平位移的发展规律和孔隙水压力的消散规律;获得了“薄层轮加法”施工对软土路基稳定性和变形的影响规律。研究表明,对具有明显流变特征的软粘土地基上分级修筑的路基进行双重非线性流一固耦合分析能更合理地考虑时间、荷载效应对我夤探岫让飨峦撂迩慷戎副晔丁氤9婀探岵慌潘羰验所得强度指标%.、%或∥、涞墓叵狄隡—屈服准则,提出了修正准则。首次提出了有限元分析中考虑软土地基强度随固结度增长的方法,该方法能合理地考虑强度增长对土体应力场、位移场的影响。悸侨硗帘湫蔚拇笪灰啤⒋笥Ρ洹⒘饕还恬詈霞耙朗毙蕴氐悖创建了采用粘弹塑髟模型模拟土骨架,并采用动态“生”、“死”单元模拟路堤的施工过程,以及考虑强度随固结度增长的软土路基双重非线性流一固耦合分析模型,推导了用于增量分析的连续性方程和甃袷狡胶夥匠蹋⒘朔治鋈硗谅坊乃胤窍咝杂邢拊A惺和迭代求解算法,并编制了大型实用化有限元分析程序程序除了具有上述流一固耦合双重非线性分析与施工过程仿真分析变形的影响。
功能外,还提供了多种方法计算路基施工过程中不同时刻的地基固结度,以供工程现场依据不同情况选用。约扑阒猩婕暗降个参数进行深入了的参数敏感性分析,从而了解了各参数变化对软土路基施工过程中的地表沉降、分层沉降、水平位移、孔隙水压力等发展趋势的影响规律和影响程度,得出各参数对地基沉降量影响的敏感度顺序从高到低依次为:泊松比⑸系数⒛谀Σ两嵌省⒌阅A砍肌⒄乘苄粤鞫凳搿⒄尘哿、水平与竖向渗透系数比值偈、粘弹性模量日。、粘弹性流动系数‰。诒疚奶岢龅乃胤窍咝粤饕还恬詈狭ρP突∩希⒘适用于多种观测信息的可变容差法求解参数的优化数学模型和确定软土路基计算参数的反分析方法,研制了相应计算程序皇次结合法获得全局最优解,较好地解决了可变容差法易于陷入局部最优解的难题;为方便工程应用,进一步创立了适合于软土路基参数反分析的“分阶段多层次动态施工参数反分析技术”。实际工程应用表明,该方法实用有效,所得参数能综合反映现场的地质条件、土层分布、排水特性、加载历程等影响,理论计算与实测结果吻合良好,验证了本文方法的正确性和程序的可靠性。擞醚兄频姆捶治龀绦駼反分析确定计算参数,再利用双重非线性流一固耦合仿真分析程序匀硗谅坊谐两翟测,建立了软土路基沉降预测的有机体系一一参数反分析沉降预测法,并与拟合曲线法、不等时距等维新息,灰色模型的预测沉降和现场实测结果进行了对比,表明本文建立的沉降预测体系物理意义明确、本构关系清晰、参数选取合理,所得软土路基的沉降规律能够揭示软土路基的沉降本质,尤其是后期的沉降规律与实测沉降相当吻合,对准确确定工后沉降、合理确定路面铺筑时问等具有重要的理论意义和实际工程参考应用价值。关键词软土路基,大应变,粘弹塑性模型,流一固耦合,参数反分析,沉降预
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翩锑导醐:丝咀脞日日期:生生年卫月卫日关于学位论文使用授权说明原创性声明本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部