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【6h】

满流式贯入仪解析未扰动黏土强度特性方法

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 满流式贯入仪的研究现状

1.3 论文的研究目的和主要工作

2 数值计算方法和有限元模型

2.1 大变形有限元方法简介

2.2 有限元模型简介

2.2.1 几何模型和边界条件

2.2.2 土体本构模型与材料特性设置方法

2.3 薄层单元设置及其收敛性分析

2.4 软化效应模型的验证

3 均质土中深埋的承载力系数

3.1 典型工况下的阻力—位移关系

3.2 δrem,ξ95和α对土体软化效应的影响

3.3 软化系数的公式拟合

3.4 未扰动黏土不排水抗剪强度实例分析

3.4.1室内试验

3.4.2离心机试验

3.4.3现场试验

3.5 小结

4 均质土中连续贯入时的承载力系数

4.1 表面粗糙度系数α对承载力系数的影响

4.2 无量纲强度比su/γ′D对承载力系数的影响

4.3 软化效应对承载力系数的影响

4.4 均质土中连续贯入时承载力系数的公式拟合

4.5 均质土中连续贯入时承载力系数的计算公式及验证

4.6 小结

5 正常固结土连续贯入时的承载力系数

5.1 正常固结土连续贯入模型的验证

5.2 表面粗糙度系数α对承载力系数的影响

5.3 非均质度系数kD/sum对承载力系数的影响

5.4 土重γ′对承载力系数的影响

5.5 软化效应对承载力系数的影响

5.6 正常固结土中连续贯入时承载力系数的公式拟合

5.7 正常固结土中连续贯入时承载力系数的计算公式及验证

5.8 小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 进一步研究方向展望

参考文献

附录

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书

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摘要

海底管道和基础等各种海底结构物被大量运用到海洋油气资源的开采实践。海底结构物的设计需要准确的海洋黏土的不排水抗剪强度及软化特性等参数。满流式Ball和T-bar贯入仪已被广泛用于海床土强度特性的原位测试。在Ball和T-bar连续贯入海床土过程中,土体会发生软化,强度也随着降低,Ball和T-bar测到的承载力低于未扰动土的承载力,基于传统的解析方法将低估海床土的不排水抗剪强度,而且不能获得海床土的软化特性。为了更加准确地估计未扰动海洋软黏土的抗剪强度,本文采用大变形有限元RITSS(Remeshing and Interpolation Technique with Small Strain)方法,考虑土体的应变软化效应以及贯入仪和土体界面内的软化效应,研究了Ball和T-bar从土表面连续贯入时的承载力系数变化规律,为海洋软黏土强度特性解析提供依据。 本文第一部分研究了均质黏土中深埋Ball和T-bar在初次贯入时的承载力特性,通过参数化分析,研究了界面粗糙度和软化特性参数对承载力系数的影响,提出了预测未扰动黏土不排水抗剪强度和软化特性参数方法,最后通过室内试验、离心机试验以及现场试验验证了本文提出的预测方法。 本文第二部分模拟了Shaft-Ball和T-bar从均质土表面连续贯入的过程,考虑了土重、界面粗糙度以及土体的软化特性对承载力的影响,最终基于大量的参数化分析结果提出了Shaft-Ball和T-bar在均质土中的承载力系数计算方法,并进行了验证。 本文第三部分模拟了Shaft-Ball和T-bar从正常固结土表面连续贯入的过程,通过参数化分析研究了界面粗糙度、土体非均质度系数、土重以及软化特性参数对Shaft-Ball和T-bar承载力系数的影响规律,提出了考虑软化效应的Shaft-Ball和T-bar在正常固结土中的承载力系数计算方法,并进行了验证。

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