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随着我国经济的发展,城市的建筑和交通等工程领域取得快速发展。复杂工程越来越多,高楼和城市地下空间等对岩土工程提出更高要求。实际岩土工程中,我们严格按照规范对工程进行设计和施工,但一些工程事故仍然发生。当今的岩土工程基于小变形理论,未考虑土体应变局部化变形的作用,忽略了应变局部化变形对土体强度的影响,设计中采用土体峰值应力计算强度参数,过高的估计了土体强度是诱发工程事故的重要因素之一,尤其在软土地区更为突出。目前,国内外对砂土的应变局部化变形研究较多,而对粘土形成的剪切带研究甚少。对粘土形成剪切带的认识有助于我们进一步研究土体的变形,从而有效防止工程事故的发生。因此,对软土区粘土剪切带的研究具有重要的理论和实际意义。 本文基于汕头地质情况,对汕头粘土及含砂粘土进行真三轴的平面应变实验,研究粘土受荷后形成剪切带所表现出的规律;用Midas有限元分析软件对潮汕历史文化博览中心深基坑开挖工程及悬臂式围护桩桩间土体进行数值模拟。本文研究的主要内容有以下几个方面: (1)通过对汕头区域地质情况进行调查,总结汕头软土区粘土特性;基于汕头地质情况对粘土及含不同量砂土的粘土进行真三轴的平面应变实验,探究了粘土在平面应变条件下剪切带的形成情况。 (2)采用土样的应力、孔隙水压力及侧向应变ε3等随轴向应变的变化规律确定了粘土在形成剪切带过程中的特征点,归纳、总结出汕头粘土剪切带各特征值间的关系,建立了剪切带开始形成时的应力和峰值应力比值与围压间的拟合公式,解决了如何将峰值应力转化为剪切带开始时的应力问题,达到在岩土工程设计中考虑应变局部化变形的目的;考虑汕头地区普遍存在砂粘交互层的地质现象,研究了含砂量的不同对粘土剪切带形成的影响。 (3)通过电镜扫描实验,观察粘土和含砂粘土形成剪切带的结构,试图从微观角度解释粘土的宏观规律,进一步分析粘土剪切带的形成机理。 (4)基于汕头粘土形成剪切带的规律,将应变局部化变形问题引入到深基坑的变形分析中,结合潮汕历史文化博览中心深基坑开挖工程实例,用有限元分析软件模拟基坑三维开挖过程,将是否考虑应变局部化变形两种情况下基坑的变形与基坑实际监测值进行了对比;最后,对悬臂式围护桩桩间土体进行有限元模拟,以研究桩间土体的应变局部化变形问题,提出深基坑和高边坡等岩土工程设计中必须考虑应变局部化变形的做法。 本文由实验和数值模拟得到的结论反映汕头粘土的真实特性,对岩土工程中应如何考虑应变局部化变形具有一定的参考价值,但应变局部化问题非常复杂,需要进一步做更为详细的理论和实验研究。