软土地区取土扰动理论及高质量取土试验研究

　　《软土地区取土扰动理论及试验研究》针对软土地区取土过程中的扰动理论、数值模拟及室内取土试验进行了系统研究，主要内容包括取土贯入引起扰动的理论分析，通过取土贯入过程的数值模拟对取土器参数影响进行分析，并对国内常用的薄壁取土器进行改进；通过粒子图像测试法（PIV）技术，研究了半模取土器在贯入过程中引起的土体二维变形及表面三维变形特性；基于透明土的取土器贯入试验对土体扰动变形影响因素进行分析，以及土样质量评价及减少扰动措施等。许多研究成果来自室内试验的总结和分析，部分研究成果（如改进的薄壁取土器）已经在南京和天津等地区的软土取样中得到应用，试验结果表明可以提高原状取土质量。

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前言
第1章绪论1
1.1原状取土研究现状2
1.1.1产生扰动的因素2
1.1.2取土器的使用现状3
1.1.3取土器贯入扰动理论研究3
1.1.4有限元法6
1.2软黏土取土对周围土体的扰动影响7
1.2.1取土技术发展概况7
1.2.2取土器的基本技术参数9
1.2.3取土方法11
1.2.4土样扰动程度的评价方法12
1.2.5减小土样扰动影响的室内试验方法13
参考文献14
第2章取土贯入引起扰动的理论分析17
2.1半无限土体球孔扩张引起的位移解18
2.1.1基本假定18
2.1.2求解思路18
2.1.3模型建立及求解过程18
2.1.4位移场表达式19
2.2取土器贯入土体引起的应变解20
2.2.1基本假定20
2.2.2求解思路20
2.2.3模型建立及求解过程20
2.3取土器贯入土体扰动分析25
2.3.1扰动分析的理论方法比较25
2.3.2中心线上土体单元应变变化分析25
2.3.3中心线上土体单元竖直应变影响因素分析27
参考文献28
第3章取土贯入的数值模拟及参数分析29
3.1有限元分析取土贯入过程的主要问题29
3.1.1变形问题和非线性问题29
3.1.2接触问题30
3.1.3本构关系问题32
3.1.4荷载施加问题33
3.2取土贯入过程的数值模拟分析34
3.2.1基本假设与计算简图34
3.2.2模拟结果分析34
3.3取土器参数影响分析39
3.3.1径厚比D／t和面积比C与轴线上最大压缩应变的关系39
3.3.2刃角与轴线上最大压缩应变的关系41
3.3.3摩擦系数与轴线上最大压缩应变的关系41
参考文献42
第4章取土器改进设计及试验注意事项43
4.1取土器的改进45
4.1.1取土器参数影响45
4.1.2取土器改进方案46
4.1.3改进设计评价49
4.2取土及试验注意事项52
4.2.1取样时的注意事项52
4.2.2制样时的注意事项54
4.2.3试验时的注意事项56
参考文献57
笫5章取土器贯入引起的土体变形试验研究58
5.1粒子图像技术研究现状58
5.1.1粒子图像测速技术58
5.1.2基本原理58
5.1.3粒子图像技术在岩土工程中的应用59
5.2试验装置及试验方案60
5.2.1试验装置60
5.2.2半模取土器贯入试验方案62
5.3干砂状态下土体扰动变形分析63
5.3.1标准砂基本特性63
5.3.2螺距标定试验64
5.3.3像素标定试验66
5.3.4土体变形矢量分析68
5.3.5土体剪应变分析73
5.3.6取土器轴线处土体变形分析80
5.3.7土体扰动变形影响因素分析85
5.3.8横截面上土体变形规律分析89
5.3.9内衬材料对轴线处土体变形的影响90
5.4饱和砂状态下土体扰动变形分析92
5.4.1像素标定试验分析93
5.4.2土体变形矢量分析94
5.4.3土体剪应变分析96
5.4.4取土器轴线处土体变形分析99
5.5黏土状态下土体扰动变形分析102
5.5.1试验土样102
5.5.2土样液塑限试验103
5.5.3土样击实试验103
5.5.4重塑土样制备104
5.5.5像素标定试验106
5.5.6土体扰动变形分析106
5.5.7土体剪应变分析109
5.6取土器贯入土体表面三维变形试验研究110
5.6.1PIV技术三维应用110
5.6.2土体三维变形分析流程111
5.6.3土体砂三维变形重组与分析118
参考文献119
第6章基于透明土的取土器贯入试验研究121
6.1透明土制备基本原理121
6.2透明土的制各122
6.2.1模拟自然土颗粒材料122
6.2.2模拟孔隙流体材料122
6.2.3透明土制备过程123
6.2.4制样过程中需要注意的问题125
6.3激光散斑技术126
6.4试验装置及试验方案127
6.4.1试验装置127
6.4.2试验方案128
6.5轴线处土体扰动变形分析129
6.6土体扰动变形影响因素分析132
6.6.1像素标定试验132
6.6.23档贯入速率土体扰动变形分析133
6.6.34档贯入速率土体扰动变形分析135
6.6.4取土器内径对扰动变形影响分析136
6.6.5贯入速率对扰动变形影响分析137
参考文献138
第7章土样质量评价及减小扰动措施139
7.1取土扰动对土样的影响139
7.1.1对土样的残余有效应力和饱和度的影响139
7.1.2对土样的强度特性的影响140
7.1.3对土样固结特性的影响142
7.2取土扰动的评价指标143
7.2.1取土扰动的现场判别143
7.2.2取土扰动的室内评价方法143
7.3改进的敞口薄壁取土器146
7.3.1背景146
7.3.2改进的敞口薄壁取土器147
7.4现场取土质量评价150
7.4.1盐城电厂扩建工程取土质量分析151
7.4.2天津北疆发电厂工程邾南京梅山能源工程取土质量评价154
7.4.3改进的薄壁取土器取土质量分析157
7.5引起土样扰动的原因及预防措施158
7.5.1引起土样扰动的因素158
7.5.2减小扰动的室内试验方法159
7.5.3预防和减小机械扰动的措施162
参考文献164
索引165