中低压缩性土结构屈服压力与剪切胀缩性关系试验分析

摘要

天然地基土层的先期固结压力推求方式方法，土工试验规范中一般推荐采用Casagrande经验作图法，根据室内压缩试验求得的e-logp压缩曲线特征绘制相关辅助线来近似推求，但存在一定的缺陷，收集分析了国内外对于先期固结压力的相关研究成果，理顺先期固结压力的发展脉络，廓清各方法的优劣及适用性。在压缩试验数据处理上，利用计算机数值分析技术，基于Casagrande法的数学模型函数拟合绘图推求先期固结压力，较传统手绘曲线作图求解pc值的方法更为可靠，但采用不同模型函数得到的拟合曲线在进行后续的求解判断往往会有较大的偏差，探讨了在拟合曲线时如何选用最为合理的数学模型函数。从黏土“低压剪胀、高压剪缩”的定性观点出发，对取自吉珲铁路客运专线的中低压缩性的粉质黏土在天然与饱和两种状态下的原状试样开展压缩和直剪试验，进行同一状态下试样结构屈服压力和剪切胀缩分界对应的垂直压力数据对比分析，探讨二者的区别与联系，并设计预设重塑土结构屈服压力的直剪试验来验证利用剪切胀缩性求取结构屈服压力的合理性。主要研究工作和成果如下:
　　(1)分析了Casagrande经验作图法在推求先期固结压力时面临的土样扰动、操作程序、加载方式等试验因素的影响，以及存在曲线绘制繁难、最大曲率点的判断误差较大等问题并提出相应的解决方案。分类归纳了确定先期固结压力的一系列试验和推求方法:基于e-logp曲线的推求方法、双对数化曲线类方法、主次固结类方法以及原位试验替代法、剪切强度替换法、密度反推法、经验参考法等。从方法类型、理论依据、试验操作等方面剖析了各个试验和方法的特点，明确了对先期固结压力的发展认识，可供设计和研究人员针对某一地区土体的具体工程需要选用可行的试验方案。
　　(2)采用Origin软件对文献资料中提供的拟合算例进行了拟合和检算，从拟合性分析指标以及残差图提供的拟合信息等方面入手，分析了各个推荐的数学模型函数在拟合e-logp压缩曲线上的拟合效果和拟合函数的稳定性。经过对同一组A-5（下）土样数据进行多种拟合公式的拟合分析比较发现，模型函数对数据的拟合程度均较好，但是不同数学模型函数的选择对pc值的结果影响很大，应优先选择拟合曲线有合理曲率变化且曲线段存在最小曲率半径点的模型函数，论证了在对压缩曲线进行拟合推求精确的pc值时Harris函数最为接近实测推算值，表明Harris模型函数的合理性。
　　(3)对取自吉珲铁路客运专线的粉质黏土开展了原状试样在天然与饱和两种状态下的压缩和直剪试验，采用Casagrande法和厂法分析了土体的结构屈服压力，讨论了直剪试验中试样剪切胀缩性随垂直压力的变化特征，提出了一个用于描述试样剪切胀缩性的临界垂直压力指标。试验分析表明:尽管试样状态不同会对土体的结构屈服压力和剪切胀缩性产生影响，但剪切胀缩临界垂直压力与结构屈服压力存在良好的一致性，据此创新了一种基于土体剪切胀缩性推求结构屈服压力的试验方法，其可靠性得到了重塑土预设结构屈服压力的直剪试验验证。研究成果丰富了对于土体结构屈服压力的认识。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究意义及问题研究

1．2 国内外研究现状

1．2．1 先期固结压力推求方法认识及发展

1．2．2 结构性土与结构屈服压力

1．2．3 剪切胀缩性研究

1．3 论文主要工作及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 确定先期固结压力的方法探讨

2．1 Gasagrande经验作图法

2．1．1 e-logp曲线的确定

2．1．2 最大曲率点的确定

2．2 基于e、p变量的其他作图法

2．2．1 基于e-logo曲线的其他方法

2．2．2 双对数作图法

2．3 其他途径推求先期固结压力方法

2．3．1 主、次固结法

2．3．2 原位试验求先期固结压力

2．3．3 经验估算或替代法

2．4 本章小结

第3章 基于Casagrande法的数学函数拟合法

3．1 函数拟合计算方法介绍

3．1．1 拟合分析指标

3．1．2 多项式函数拟合法

3．1．3 Harris模型函数拟合法

3．1．4 Logistic模型函数和Gompertz模型函数拟合法

3．1．5 Gaussian模型函数拟合法

3．1．6 分段三次样条插值模型函数拟合法

3．2 各个函数拟合法的拟合比较

3．2．1 函数拟合法计算流程

3．2．2 各个函数拟合法的拟合比较

3．3 本章小结

第4章 土体结构屈服压力与剪切胀缩性关系试验分析

4．1 压缩试验及结构屈服压力

4．1．1 压缩试验加载方案

4．1．2 压缩试验数据及结构屈服压力

4．2 直剪试验及临界垂直压力

4．2．1 直剪试验加载方案

4．2．2 直剪试验数据及分析

4．2．3 剪切胀缩临界垂直压力

4．3 临界垂直压力与结构屈服压力一致性验证试验

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间发表的论文及科研成果