【摘要】：軟弱夾層是地基中的關(guān)鍵地層,其極限荷載關(guān)系到地基承載穩(wěn)定的核心問題。與一般的天然層狀地基不同,軟弱夾層形式多樣,并且其極限狀態(tài)受到多方面因素的影響,對此目前還缺少較系統(tǒng)的研究。論文采用理論分析、數(shù)值計(jì)算及室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方式對軟弱夾層的極限荷載、破壞模式進(jìn)行了研究。在平面應(yīng)變及軸對稱條件下分別推導(dǎo)了流塑性軟弱夾層、一般巖土材料軟弱夾層極限荷載計(jì)算公式,并與現(xiàn)有相關(guān)理論及規(guī)范進(jìn)行了對比分析;研究了軟弱夾層破壞模式與極限荷載之間的相關(guān)關(guān)系以及相關(guān)因素對兩者的影響規(guī)律,探討了不同破壞模式所需具備的條件。首先,基于Prandtl塑性材料擠壓模型,利用經(jīng)典塑性理論導(dǎo)出了軟弱夾層的應(yīng)力分量及夾層面擠壓力的下限解,完善了原Prandtl解的應(yīng)力邊界條件,得到能反映層面粗糙條件影響的軟弱夾層極限荷載計(jì)算公式。其次,根據(jù)極限分析上限法,對平面問題、軸對稱問題及考慮側(cè)向擠出效應(yīng)的軟弱夾層極限荷載進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,軟弱夾層厚寬比、層面粗糙程度、夾層材料自重、夾層兩側(cè)超載等因素均對極限荷載有影響;層面完全粗糙時(shí),本文極限荷載上、下限解較為接近,能夠較好界定真實(shí)解的范圍,規(guī)范解則偏于不安全,Prandtl解偏于保守。利用擠壓試驗(yàn)分析了層面粗糙程度、厚度與層面滑移模式及擠壓力的關(guān)系,驗(yàn)證了剛性平行板擠壓塑性材料過程中層面的不同滑移規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,分別依據(jù)靜力平衡原理和上限法原理,導(dǎo)出了一般巖土材料軟弱夾層平面問題和軸對稱問題極限荷載計(jì)算公式,并進(jìn)行了相關(guān)因素分析。研究顯示,層面滑移模式受層面摩擦系數(shù)及夾層強(qiáng)度參數(shù)影響較大,層面摩擦系數(shù)與夾層內(nèi)摩擦角正切值相近時(shí)層面容易形成混合滑移模式;兩者相差越大,層面越容易形成單一的粘著或庫倫滑動(dòng)滑移模式。本文靜力平衡解及上限解考慮了層面滑移模式對極限荷載的影響,而且不同滑移模式下的極限荷載差異明顯;由規(guī)范法、Mandel-Salencon理論得到的極限荷載在一定條件下偏高,實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要注意合適的安全儲(chǔ)備。研究了軟弱夾層的厚度、強(qiáng)度、層面粗糙條件、下層巖土力學(xué)性質(zhì)等變化對其破壞模式及極限荷載的影響,分析了破壞模式的演變規(guī)律。結(jié)果表明,厚寬比取值較小時(shí),軟弱夾層的極限荷載受其變化影響較大,且存在破壞模式及極限荷載發(fā)生轉(zhuǎn)變的臨界厚寬比,該厚寬比的范圍與夾層強(qiáng)度、層面粗糙條件及超載等因素有關(guān)。在臨界厚寬比以下,軟弱夾層發(fā)生側(cè)向塑性擠出破壞模式,該破壞模式基本不受其他相關(guān)因素的影響,軟弱夾層的極限荷載可以適用本文所導(dǎo)出的計(jì)算理論;在臨界厚寬比以上,軟弱夾層發(fā)生整體剪切破壞或向整體剪切破壞過渡,相應(yīng)的極限荷載隨厚寬比的變化不明顯。其他條件不變時(shí),軟弱夾層下層巖土體與夾層的強(qiáng)度比增長至臨界值以后其極限荷載將保持恒定,而且這一過程伴隨著軟弱夾層的破壞模式由整體剪切向側(cè)向塑性擠出破壞轉(zhuǎn)變的趨勢。
【圖文】：

基也常常是非均質(zhì)的層狀土，因此，從這一角度對地基受力特性的研究較為廣泛，大部分成果針對非均質(zhì)地基的強(qiáng)度破壞問題，部分研究成果還提及了夾層側(cè)向擠出的破壞模式，但并沒有進(jìn)一步深入研究其承載機(jī)理及發(fā)生的條件。Chen（1975）[8]在其專著中介紹了極限分析法用于非均勻和各向異性土上的條形基礎(chǔ)承載力計(jì)算，但其破壞機(jī)構(gòu)仍建立在整體剪切破壞上，破壞面假定在層面交界處不發(fā)生變化。Meyerhof 與 Hanna（1978）[9]對具有軟弱下臥層的雙層地基進(jìn)行了研究：當(dāng)堅(jiān)實(shí)土層下埋藏有軟弱土層并且 H/B 較小時(shí)[圖 1-1（a）]，極限狀態(tài)下在上部土層中將發(fā)生沖剪破壞，而在下部土層中出現(xiàn)整體剪切破壞；H/B 較大時(shí)，，破壞面將位于上層，如圖 1-1（b），此時(shí)地基極限承載力完全由上部均質(zhì)土層性質(zhì)確定。作者同時(shí)還對軟弱土層位于堅(jiān)實(shí)土層上的雙層地基進(jìn)行了研究，一種是基底下軟土層厚度相對于基底寬比較�。℉/B 較�。�，此時(shí)破壞面將穿過下部堅(jiān)實(shí)土層，如圖 1-2 左側(cè)所示；另一種是 H/B 較大時(shí)，破壞面全部位于上層，如圖 1-2 右側(cè)所示。這兩種破壞模式的臨界深度對于松砂和黏土可取 Hf=B，緊砂可取 Hf=2B。

圖 1-2 軟弱土層位于堅(jiān)實(shí)土層上的雙層地基（文獻(xiàn)[9]）Fig.1-2 Double layer foundation with soft soil on top of firmlorkiewicz（1989）[11]利用整體剪切破壞模式構(gòu)造適當(dāng)?shù)乃俜撬綄訝畹鼗鶚O限承載力。速度場的間斷面通過不同土與層面夾角取兩層土的最小內(nèi)摩擦角，根據(jù)上限法求得最茂松（2008，2009）[12, 13]采用與Florkiewicz類似的多塊體平析上限法探討了雙層地基極限承載力，破壞模式為整體剪ewicz不同的是速度場的間斷面不經(jīng)過土層分界面（圖1-4）。xV0B/2B/2BV1V2TVNNβ1β2βNMb1bNb2S1S2SNφ1φ2φ1φ2aiaN2iαNhibi -hiαiβiSⅠM+1SⅡM+1S*ⅠiS*Ⅱii=1,2...M,...T,...N**Ⅰ*Ⅱ
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU470

【參考文獻(xiàn)】

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2 吳旭平;楊新安;李亞翠;張建波;;含軟弱夾層淺埋隧道變形特性及控制指標(biāo)研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2014年S1期

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本文編號(hào)：2609501