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上海地层属于典型的软土,软土工程力学性质十分复杂,在城市地下空间的开发中给工程建设带来了诸多不便。如地铁、隧道、桥梁、堤防、港口码头以及机场的建设过程中由软土流变引起的工程不均匀沉降或沉降过大等问题导致建(构)筑物破坏失事。冻结法的使用,克服了软土的缺点,使地铁隧道联络通道的施工得以进行,但2003年上海地铁四号线事故的发生,使我们认识到:加强对上海软土的流变性和冻土的力学性能的研究尤为必要。本文对上海软土的蠕变性和冻结特性进行了试验研究,主要包括以下几个方面:
1、基于上海地区第三层原状软土的一维固结试验,讨论了在不同加荷比、加荷速率及超载预压情况下软土的蠕变变形特性和次固结特性。试验结果表明:蠕变变形随应力水平、加荷速率的增大而增大。相同应力水平下,加荷比较大的土样蠕变变形较小。蠕变变形为非线性,随着应力水平的增加,蠕变变形从粘弹性到粘塑性转变,加荷比较大时,这种转变更明显。
2、对一维固结试验结果进行回归分析,确定Metchell一维经验模型参数,拟和曲线与试验结果吻合较好。通过对次固结阶段试验数据的线性拟合可知,对于正常固结土,次固结系数Ca值受应力水平和加荷比的影响不大,而与加荷速率密切相关,加荷速率较大时,Ca值随荷载的增大急剧增大后略有降低。超载预压可有效减小次固结系数,从而有利于减小工后次固结沉降。
3、对三种典型的上海饱和冻结软土进行单轴无侧限抗压强度试验,在温度为-15℃,-10℃,-5℃,-2℃和加载速率为6×10-3,9×10-4,8×10-51/s的条件下共进行了三组三十六个土样的试验。通过对试验数据的分析,得出饱和冻结软土的单轴抗压强度受温度、应变速率、含水量及干密度等因素的影响规律:(1)抗压强度随应变速率的增加以幂函数的形式增大。(2)抗压强度随温度的降低线性增加;(3)在相同的应变速率及温度条件下,含水量越大,冻结软土的抗压强度越大;干密度越大,抗压强度越小。并得出抗压强度与温度、应变速率关系的幂函数模型参数。(4)加载速率越大,弹性模量越大;温度越低,弹性模量越大。
4、通过恒温下冻土间接拉伸试验,分析了保持轴压的大小及加载速率的大小对抗拉强度的影响,得出试样所受轴压和围压对抗拉强度起到一个弱化作用的结论,并分析了原因。对抗拉强度与加载速率进行线形回归,得出了模型参数。通过分析图表得出了抗拉强度随加载速率增加而增加;保持轴压越高,抗拉强度增长速率越小的结论。