结构性黏土工程性状的结构损伤及动力响应特征研究

作者：臧濛

页数：152

出版社：华中科技大学出版社

出版日期：2022

ISBN：9787568086172

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内容简介

本书以结构性黏土为研究对象，采用试验探究与理论分析的方法，开展了静力和动力特性研究，系统研究了结构性黏土的变形特性与结构损伤演化规律及循环荷载作用下的动力响应特征，本书主要内容包括结构性黏土的土质学特征及物理化学特性、结构性黏土的工程力学特性（应力-应变关系、强度包线线型、固结系数与渗透系数等）、不同应力路径下结构性黏土的力学特性、小应变条件下结构性黏土的刚度特性、循环荷载作用下结构性黏土的动力特性、循环荷载作用后结构性黏土的静力特征、循环荷载作用下结构性黏土长期变形沉降的预测及模型等。

作者简介

臧濛，女，博士。长期从事结构性黏土的静、动力学性状的研究工作。2011年7月于西南交通大学获工学学士学位；2016年7月于中国科学院武汉岩土力学研究所获博士学位，博士期间参与多项国家自然科学基金；2016年7月至今任武汉轻工大学土木工程与建筑学院专业教师。主持国家自然科学基金项目1项；主持湖北省教育厅科研计划项目1项，在岩土工程学报、岩土力学等杂志发表学术论文十余篇。

本书特色

本书兼顾工程应用与理论创新，相关的图书较少，具有一定的最性。

目录

节选

1绪论
1.1引言
我国沿海地区广泛分布着深厚软土层，这些软黏土的含水率大、压缩性高、透水性差、承载力低。沿海地区是我国经济相对发达地区，改革开放以来经济快速发展，城市规模扩大以及人口急剧增加，房屋建筑、轨道交通等大型工程大量兴起，大部分设施都建筑于软黏土地基上。由于软黏土地基强度低、稳定性差、沉降问题突出，且具有一定的流变性和触变性，在外部荷载作用下土体破坏表现出突然性破坏，给工程建设造成极大危害。软黏土由于具有结构性，因此常表现出与重塑土不同的工程性状。世界各地均有结构性黏土的存在，如挪威、瑞士、印度沿海地区以及东南亚地区等，对具有特殊工程性质的黏土，需要特别考虑其稳定性、沉降变形以及土体动力响应特征等。
土体的变形和强度是岩土工程最为关心的两大问题。软黏土承受高层建筑、桥等静力荷载作用时，会因荷载过大而降低安全系数，变形过大而失稳。而岩土工程在其使用期内，土体也会受到环境因素或人类活动等动荷载的影响，通常土体在动荷载作用下的响应比静荷载更加复杂。动荷载如交通、波浪冲击与地震等反复荷载作用也会导致结构性黏土发生突然破坏而失稳，如图11所示。其中图11(a)为地震诱发的侧向大变形，图11(b)为铁路路基在反复荷载作用下剪切破坏示意图。沿海地区的机场、高速公路、铁路、地铁等大型交通工程都建在软黏土地基上，投入运营之后必然会受到循环荷载作用，常出现竣工后沉降大的问题，对工程造成了极大的安全隐患。如温州机场跑道由于飞机起降引起了地基沉降，建成4年后沉降达16.6 cm，目前已达55 cm，远高于8 cm的设计值。跑道空鼓现象时有发生，大大增加了维护成本。循环荷载引起的软土路基不均匀沉降，必然会影响建筑的美观，甚至会破坏建(构)筑物结构，降低其使用年限，影响道路下的管线和行车安全等。
图11地震及路基在循环荷载作用下失稳土体结构性对其固结、压缩、变形以及强度等工程性质均有相当程度的影响，结构性黏土压缩曲线、应力灿Ρ涔叵登线、强度包络线线型、固结系数与渗透系数均在其结构破坏前后的性状具有很大不同[1]，存在明显转折点，现场观测的沉降过程线、孔隙压力系数的变化及水平位移曲线也如此。原状土在低应力水平下呈低压缩性，而当应力水平超过结构屈服应力后，由于结构性丧失而强度降低，土体抵抗变形和破坏的能力减弱，土体性质逐渐趋向于重塑土。然而，大部分工程实践都是基于重塑土或扰动土的室内试验结果，从而使设计偏于安全，不能合理利用土的结构性，造成经济上的浪费。孔令伟[2]等结合湛江海域防波堤软土层的结构性破损程度分析、稳定性评价与变形监测，提出该下卧结构性软土可作为防波堤的持力层的结论。防波堤多年运营效果验证了利用软土结构性潜能的合理性。
国内外对结构性黏土的特性研究，多数是静力状态下所取得，难以直接应用于描述结构性黏土在交通、波浪、冲击与地震等反复荷载作用下的动力特性。交通荷载是一种特殊的循环荷载，它既不同于静荷载，也不同于地震过程中的短期循环荷载，而是一种长时间往复施加的循环荷载。交通荷载长期循环往复作用引起软黏土地基应变累积、强度降低，可导致重大工程过大变形和失稳等灾变，造成巨大经济损失，甚至威胁生命安全。而土体的动力响应研究一般以砂土与软黏土为主要研究对象，前者以饱和砂土振动液化与液化后大变形为重点，后者多针对重塑土或结构性较弱的软黏土[3]，而强结构性黏土的研究成果较少。结构性黏土在长期循环荷载作用下会经历结构强度的丧失，这将会导致地基在毫无预兆的情况下产生大变形，并因结构突然破坏而承载力急剧下降，引发土体的灾难性破坏。为了保证越来越多大型建（构）筑物的安全与稳定，减少工程事故的发生，不仅要认识结构性黏土在静力条件下的工程特性，充分利用土体的结构性，避免土体骨架结构不稳定的不利影响，还要论证动荷载反复作用对其变形、强度和稳定性的影响。研究结构性黏土在长期循环荷载作用下的不排水循环动力特性并预测和评价这些特性，具有重要意义。