滇池湖相软土固结渗透试验及参数取值研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cyld2006_ldcy
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泥炭质土、黏土和粉土广泛分布于滇池流域,是工程性质较差的区域性软土。了解土体基本性质、准确确定土力学参数有着重要的工程意义。通过现场取样进行土工试验,测定三种土的物理性质指标,分析有机质含量对泥炭质土物理性质指标的影响。针对较为特殊的泥炭质土,进行室内一维压缩固结和渗透试验,并分析在各级压力下泥炭质土稳定压缩量、固结压力及上覆土层自重之间的关系,检验Terzaghi一维固结理论的适用性。另外,对三种土的土力学参数大量试验数据进行收集,首次将聚类分析算法引入岩土参数分析。针对传统数理统计方法不能考虑到先验信息的影响,采用了 Bayes法结合先验分布以及样本分布推导后验分布,并对岩土参数进行后验估计。结合费希尔信息量预测在样本量趋于无穷时岩土参数的收敛值。从大样本角度检验小样本下参数取值的合理性。以昆明某基坑开挖工程为例,通过改变土体力学参数的方式,用有限元软件模拟开挖过程中深层水平位移的变化趋势,结合实际监测数据对Bayes法所得参数结果进行验证。论文主要的研究内容和成果如下:1)取样测定三种土的基本物理性质指标。对比分析了三种土不同指标的变异性,另外分析了有机质含量对泥炭质土相关指标的影响。2)通过一维压缩固结-渗透试验测定了不同埋深的泥炭质土,在不同固结压力下的压缩曲线变化情况,探讨了固结压力与上覆土层自重之间差值和最终沉降量的关系。提出一种考虑孔隙比和压缩系数随孔隙比变化的方法对Terzaghi一维固结理论中超孔隙水压力消散进行计算的方法,验证了方法的可行性。同时分析了渗透系数在固结和渗透压力综合应力场中的变化规律。3)在大样本情况下首次采用K-means聚类分析法对泥炭质土的三个基本物理性质指标:含水率ω、天然重度γ、相对密度ds进行聚类分析,发现当聚类数K=1时,样本频率直方图不能很好的满足常见的正态、对数正态或Gamma分布;当K≥2时,分类中总有一类能很好的保留K=1时样本分布的主要信息,且这一类样本数量最多,样本频率分布也更接近常规分布。依据正态分布标准偏差σ2的大小,采用不同的区间长度划分原则确定岩土参数的取值区间,并和工程实际采用值对比,检验方法的可行性。4)Bayes统计法依赖于后验分布,因此推导了 Bayes法中先验分布以及后验分布中超参数计算的方法。Bayes法能考虑先验分布并结合样本分布去推导后验分布,在抽样完成时样本分布是确定的,后验分布较大程度上取决于先验分布,因此推导出三套不同的先验分布:无信息先验分布、利用先验信息确定先验分布及共轭先验分布。选取总体分布中所要研究未知参数后验分布的计算方法,对所要研究的未知参数μ和σ展开分析,结合工程实例,综合对比确定最优后验分布为共轭先验分布情况下的后验分布。5)为推求土力学参数后验均值在样本趋于无穷时的收敛值,结合Fisher信息量,土力学参数均值μ的后验分布可用一个与先验分布无关的正态分布来逼近,就可得到当样本量趋于无穷时参数的收敛取值,并用后验分布极限对土力学参数的相合性及渐近正态性进行检验分析,发现土力学指标的收敛值就落在贝叶斯估值区间,充分证明了分析方法的可行性及可靠性。6)研究发现当样本量增大的同时,岩土参数的可靠收敛值逐渐向后验均值μ(x)靠近,而后验均值一定程度上又与样本均值x和样本量n有关系,在得出各地层参数的收敛取值之后反过来寻找参数准确取值时所需的最小样本量,以达到成本最低的情况下所得的岩土参数的取值最可靠。7)对湖相沉积软土场地的地铁基坑建立二维有限元分析模型,分别输入用Bayes法及用经典统计学法确定的岩土力学参数进行模拟计算,对计算与实际监测的基坑的深层水平位移值进行综合对比分析,发现采用Bayes法确定的的参数值进行计算位移值与实际变形情况更为接近,验证Bayes法确定参数的合理性。
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