基本信息
- 项目名称：
- 软黏土上覆硬土层极限承载力室内模型试验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 对双层地基室内模型试验分析，研究了软黏土上覆硬土层厚度变化和水灰比变化对上覆硬土层软土地基的极限承载力的影响。水灰比的增加对增大其极限承载力效果显著，而厚度的增加对提高双层地基极限承载力效果不显著。文末对双层地基的极限承载力进行了分析，提出了极限承载力的修正公式，并把计算值与实验值做了对比分析。
- 详细介绍：
- 通过对双层地基室内模型试验器材和过程的介绍，研究分析了软黏土上覆硬土层厚度变化和水灰比变化对上覆硬土层软土地基的极限承载力的影响。从剪应力作用长度和抗剪强度两个视角分析了这一问题，从而发现水灰比的增加对增大其极限承载力效果显著，而厚度的增加对提高双层地基极限承载力效果不显著。文末对双层地基的极限承载力进行了分析，根据戴彼茨基关于不均匀成层土的承载力计算公式提出了自己的计算公式，经验证实验值与实际值相差不超过10%，对实际有指导意义。
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撰写目的和基本思路
- 随着临港工业区有利地质条件的匮乏，工程中对软弱地基进行人工加固形成具有上覆硬土层的双层地基。对上覆硬土层进行有效的厚度和模量设计不仅可以节省大量建筑资金，而且可以提高施工速度。本文总共分为室内试验介绍、实验结果分析和承载力公式提出三个部分。首先通过对室内模型试验进行一个简要的介绍，然后依据实验结果和相关理论进行分析，最后通过相关文献的阅读以及该室内模型试验的实际情况提出自己的极限承载力计算公式。
科学性、先进性及独特之处
- 该作品以室内模型试验为基础，借助相关理论对软黏土上覆硬土层的承载机理和承载性能进行了分析，从剪应力作用长度和抗剪强度两个视角解释了地基承载力这一问题，我们可以了解到软土上覆硬土层的极限承载力很大一部分是有硬土层的抗剪强度提供的。硬土层的强度增加带动了它的抗剪强度增加，扩大了载荷的传递范围，提高了上覆硬土层软黏土地基的极限承载力。最后根据戴彼茨基关于不均匀成层土的承载力计算公式提出了自己的计算公式。
应用价值和现实意义
- 在本文的基础上，施工和设计人员能够意识到硬土层对提高极限承载力的有利作用，促使他们有效利用硬土层的扩散作用和封闭作用，了解到上覆硬土层的厚度增大对提高其极限承载力作用不大，而其水灰比的提高对提高其极限承载力作用显著。这可以防止工程上盲目的增大加固土层的厚度以提高地基承载力浪费大量工程资金和施工工期的错误做法，并且提醒施工单位在提高软黏土地基极限承载力时可以采取增大加固层水灰比的方法，以减少工程量。
学术论文摘要
- 对双层地基室内模型试验分析，研究了软黏土上覆硬土层厚度变化和水灰比变化对上覆硬土层软土地基的极限承载力的影响。水灰比的增加对增大其极限承载力效果显著，而厚度的增加对提高双层地基极限承载力效果不显著。文末对双层地基的极限承载力进行了分析，提出了极限承载力的修正公式，并把计算值与实验值做了对比分析。
获奖情况
- 入选上海海事大学教务处主编的2010年度《上海海事大学学生科技创新与社会实践论文选编》 2011年上海海事大学“挑战杯”校内选拔赛二等奖
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1、刘青松,张春雷,汪顺才,朱伟,大木宜章. 淤泥堆场人工硬土层地基极限承载力室内模拟研究. 岩土力学:2008,29. 2、Meyer G G, Hana A M. Design charts for ultimate bearing capacity of foundations on sand overlying soft clay.Canadian Geoteachnical Journal. 1980,17:300-303. 3、戴彼茨基.水工建筑物的地基基础问题选.天津:天津大学出版社.1999.351-379. 4、刘陕南,黄绍铭,梁志荣,岳建勇,洪昌地,陈国民,侯胜男.上海软土天然地基极限承载力的实验研究与分析.建筑结构:2009,39.
同类课题研究水平概述
- 随着港口和临港工业区建设的发展以及有利地质条件的匮乏，工程中通常会对对软弱地基进行人工加固形成具有上覆硬土层的双层地基。大家比较公认硬土层对其下卧的软土层具有两种作用：一种是应力扩散作用，另一种是封闭作用。这两种作用都会对上硬下软地基的承载力产生有利的影响，提高原来软土及软弱地基的承载力。但是各位学者至今还不能完全令人信服的揭示软黏土上覆硬土层地基的承载性能和机理，只是针对现有的实验现象对破坏进行推测，当然也就无法准确的提出一个完全针对于该种地基的承载力计算公式，有的学者仅仅是在原有的均匀地基极限承载力计算公式的基础上增加一个承载力折减或加强系数，显然不是太合理。 目前，关于双层地基中的应力分布与沉降特性研究多采用数学和弹性力学方法。Hertz在十九世纪末提出的关于液体上弹性板受集中荷载时的应力和变形分析的浮板理论是关于双层地基问题的最早理论。Hogg(1938)得到了弹性半空间地基上无限大弹性薄板在静力荷载作用下的应力场和位移场。Cummings(1941)研究了圆形均布荷载作用下具有刚性底板双层地基中的应力问题，得到了荷载中心线下不同深度处的垂直应力。王杰光(1995)利用传递矩阵法推导了分层地基中的应力分布，规纳了地基中应力传递与土体变形模量和泊松比之间的关系，给出了双层地基在圆形、条形和矩形均布荷载作用下分层界面处的应力传递系数。费涵昌等(1995)通过离心机模型和有限元分析，研究了双层地基的压缩层厚度特点。郭见扬等(1991)结合强夯地面沉降特点，探讨了强夯形成的双层地基构造，以及对应力扩散的影响。郝传毅等(1993)以国内外大量试验资料为基础，讨论了硬壳层对公路路堤荷载作用下路基应力分布的影响。 对上覆硬土层进行有效的厚度和模量设计不仅可以节省大量建筑资金，而且可以提高施工速度。以上海海事大学临港校区为例，当时仅仅是对地基加固的强度进行了简单的区域划分即针对作用恒载和活载的大小进行不同强度的加固，就节约资金数十万，可见地基的加固和处理在整个工程的造价的工期内占着举足轻重的作用。为此，对上覆硬土层软土地基进行工程特性研究，进行室内模型试验，研究双层地基的承载性能，具有重要的理论和实践意义。
