节理本构模型及其工程应用

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伴随经济的发展和城镇化的继续推进,近年来我国一直在进行大规模的土木工程建设,工程建设的各个阶段均会遇见大量的各种岩土工程问题。工程设计中,一般都会通过数值计算方法来研究和分析工程特性,从而为设计提供较充分的科学依据,而岩土体的本构关系是数值计算的基础。土的构成的复杂性决定了其本构模型十分复杂,现有的多数建模理论或所建立的具体模型仍不能很好的反映岩土材料的力学特性,因此岩土体本构理论的研究具有重要的理论和现实意义。本文通过文献成果归纳、工程资料统计分析、理论公式推导、室内试验、现场监测等手段,研究和分析了节理本构理论及其力学特征、节理本构理论的参数确定、滑坡的临界应力状态及渐进性稳定性、节理本构理论在基桩及边坡稳定性分析等问题,并通过工程实例验证了研究成果的合理性和可行性,主要研究内容如下:在对滑坡渐进性分析的基础上,对卢应发(2011)提出的一种新的岩土体本构理论,进行了研究,对该模型四个参数的决定方法进行了理论推导,将岩土的荷载位移关系曲线划分为三种类型,并运用节理本构理论对Ⅲ型曲线岩土体的力学行为进行了研究。针对荷载位移全过程曲线特征破坏后区材料的非连续性特征,定义了“视应力”和“视应变”两个新概念。基于滑坡稳定分析的条分法,对单个条块的稳定性进行了分析,描述了稳定条块、欠稳定条块、不稳定条块相应的物理力学特征和关键条块的力学特性。取某滑坡滑带土进行三轴压缩固结不排水实验,对新的本构理论4个参数进行计算,并对新的本构模型进行了验证。对节理本构模型相对应的峰值应力状态方程,以及初始弹性模量与峰值应力所对应割线模量的相互关系进行推导。将节理本构模型与摩尔库伦准则在峰值应力状态实现对接,将相关参数与摩尔库伦准则的粘聚力、摩擦角等参数实现了衔接。将工程实际中广泛应用的稳定系数计算方法传递系数法做了相应的改进,计算中,摩阻力以本文的节理本构模型加以计算。采用传统传递系数法、改进的临界状态传递系数法和基于室内三轴压缩试验和滑坡位移实时监测数据的改进传递系数法对某滑坡的安全系数进行计算和对比分析。分析研究了滑坡稳定性计算的方法,研究了现行强度折减法相应的缺点,并在此基础上提出几种改进的滑坡稳定性系数的计算方法。在长沙湾特大桥静载试验的基础上,对静载实验结果进行了分析研究,对基桩的桩土相互作用、桩荷载的传递及沉降机理进行总结和研究,并指出桩基承载力的本质就是研究桩端桩侧阻力与桩土相对位移,问题归根结底是桩基的本构关系问题,即针对桩端桩侧岩土性质对灌注桩承载性能影响的研究。对于桩侧土体与桩身的相互作用和桩端反力岩土体力学特性采用节理本构理论加以描述,计算所得的P-S曲线与实测P-S曲线进行对比分析研究,得出节理本构理论是可以应用于实际工程的。
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