本文是一篇建筑工程管理论文,本文介绍了滇池泥炭质土的特殊性,分析了泥炭质土有机质含量对其相关指标的影响性分析 ; 结合压缩固结试验,对泥炭质土在不同固结压力下的固结特性进行了分析,验 证了太沙基一维固结理论的适用性,并提出了一个通用的修正公式,对公式进行了检验; 针对传统数理统计学方法的不足之处,对土体样本参数通过大量的收集,将 K-means 聚类分析法和 Bayes 方法引入岩土工程分析中,系统的探讨了三种不同先验分布下对应的后验分布的参数概率分布情况; 并结合费希尔信息,介绍岩土参数的相和性和后验分布区的渐进正态性; 对岩土参数在样本趋于无穷时的岩土参数的收敛值 的确定方法进行了介绍,并给出所需要的最小样本量。
第一章 绪论
1.1 选题背景及其研究意义
滇池是云南省最大的湖泊,发育在昆明盆地中,早期的滇池流 有着丰富的水资源 ,盘龙江、宝象河等十多条河流 从昆明盆地 穿流而过 ,后期由于经济崛起 以及用地范围的扩大 导致滇池湖面不断后退, 一方面昆明盆地地形起伏较小, 这在一定程度上 有利于湿地沼泽的形成,这在一定程度上 为昆明盆地泥炭质土、粉土、黏土等特殊软土 发育提供了良好的 沉 积环境条件,形成了湖相、沼相 沉积 等成因类型的 软土[ 1 ]。特殊 的软土 地质 制约着昆明 未 来的发展与扩张,随着国家实施以基础设施建设为重点之一的 “西部大开发” 及“一带一路”战略的实施,昆明作为云南的省会 ,借助优越的 区位优势形成面对东南亚、南亚的 交通大枢纽中心,成为亚洲地区向外开放的 新高地要塞。昆明未来会不断的向四周腹地扩张和 加速城市化进程,涉及到滇池湖 相软土的工程活动越来越多,由此遇到的软土 稳定性问题也日益突出, 一系列工程问题,如基坑失稳,房屋、道路不均匀沉降等出现,都在一定程度上和软土的工程性质相关,研究滇池湖相软土的固结渗透试验以及 各参数 取值研究 有着良好的工程意义。
泥炭质土相比较其他软土而言,具有 如下特点:饱和度高,孔隙比大,渗透性差。 在荷载作用下能产生较大的沉降量,是导致基坑失稳、房屋等建筑不均匀沉降的主要原因,因此 有 必要研究泥炭质土的在不同固结压力下的固结情况 。因此本文采取昆明地区针对性较强的泥炭质土层作为分析对象,研究了在不同固结压力下的 主固结试验,并采用太沙基一维固结公式对土体中超孔隙水压力 随时间消散随的情况进行了分析 ,检验一维固结理论的适用性,并提出一个超孔隙水压力消散及土中有效应力增长的 通用 公式,并验证了公式的合理性 。
由于大规模房地产开发、地铁、公路和铁路 等项目的 高速建设,高原湖相软土的 物理力学 参数取值有必要越来越准确, 而传统的数理统计方法已经不能满足工程需要,因此有必要提出一种新的统计方法用于岩土参数分析。
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1.2 国内外研究现状
昆明地区的软土主要为 泥炭质土、粉土和黏土 ,三种土层相互穿插交错出现, 其极差的工 程 特性 对工程建 设 具 有较大 的影响[ 6 ]。泥炭质土 其性质与 其它地区的同种土相比表现出较为明显的差异性,有许多学者对 泥炭 质土相关物理力学参数指标 及 土 体性质 进行了相 关 性分析。 丁祖 德[ 9 ]等 统计分析了泥 炭 土的 深层剪切波 速 与土层 埋深及物 理指标的拟合关系、泥炭土的 动力学参数 随剪应变的变化规律 ,并和 黏性土 的同种规律 进行了对比分析。桂跃[ 1 0 ]等采用固结 -渗透试验装置对取自 6 个场地 20 余组 的原状土进行 一维压缩 固结试验,并对试验 过程中 不同压力和时间下的 渗透系数进行测定, 并分析了加载 时间、 固结应力以及有机质含量 、残余纤维含量等因素对 泥炭质土 渗透性的影响。度特性及机理 进行了研究 。余志 华[ 1 2 ]等对昆明湖相泥炭质土 进行了预压回弹试验,对不同预压荷载 采用 分级卸荷和完全卸荷 两种试验条件下的泥炭质土 一维压缩回弹试验。刘伟[ 1 3 ]等对安宁—嵩明区间的 草海段 所取样的 泥炭质土的沉积环境、分布特征及 相关物理力学指标等进行了 统计分析 ,并对第二 层泥炭质土的物理力学参数 指标进行了分析。巴 俊杰[ 1 4 ]等对 大量的土工试验数据 的收集整理 ,对昆明南市区泥炭质土 的压缩系数 和物理参数间的相关性进 行 统计拟合分析。刘鹏[ 1 5 ]等对昆明市南市区泥炭质土标贯修正 锤击数 N 与物理参数间的相关关系统计 拟合分 析 ,并建立了对应的 数学回归方程式 。李建友[ 1 6 ]等对昆明地区软土的剪切波速和深度进行相关性分析。
后来国内外很多学者把聚类分析应用到不同的科学领域, 因此聚类技术也在一定程度上 得到了发展,这种方法 也称为 描述数据,主要用来 衡量数据源之间相似性,并以此为依据 把不同的数据源划分到不同的类中[ 3 4 ]。按照分类方式有 基于密度、层次等 其 它聚类方法,而基于划分的 K-means(均值聚类) 聚类分析方法因迭代次数少,能产生高质量的聚类结果,故 在 国内外得到了广泛运用,并取得一定的成果。
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第二章 滇池湖相泥炭质土室内试验研究
2.1 概述
ASTM[ 9 6 ]等对国外泥炭质土进行分析,指出植物的根系以及动植物残骸是有机质主要构成部分。王洋[ 9 7 ]等综合对比国外泥炭质土与国内泥炭质土基本指标的异同点 。 另外,滇池泥炭质土较同地层其它软土相比表现出许多不一样的性质,工程性质也极差,因此有必要对泥炭质土的微观结构进行分析。本文 先从宏观角度对泥炭质土的有机质含量与其余参数之间的关系拟合, 再 从微观角度对泥炭质土 的微观结构进行深入分析,从微观角度探讨了泥炭质土的结构组成 。
图 2.1 滇池流域地下65米范围内土层分布情况
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2.2 滇池泥炭质土与同区域软土的分析比较
随着昆明许多房地产以及城市 轨 道交通的建设,触及到泥炭质土 的工程越来越多 ,了解泥炭质土的基本性质显得尤为重要 。本文试验样本取自昆明锦慧中心埋深 6.5-9m 及 30-32.5m 处,分别取 3#、5.2#原状泥炭质土,如图 2.1 所示。
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图 2.2 3#( 左 ) 与 5.2#( 右 ) 泥 炭 质 土 照 片
从图中可看出,较 5.2#层 相比 3#泥炭质土表面有 较为明显未分解的植物残骸,这也是导致泥炭质土含水 率较高而也能保持固定形状的主要原因 ,经含水率的测试,在相同含水率的情况下,粉土和黏土以经成为了流动状态 。
通过对所取样的样本进行相关土工试验测定其 重度 γ 液性 指数 IL、含水率 ω、孔隙比 e、饱和度 Sr、有机质含量 wu、压缩模量 Es等,并和粉土和黏土等进行对比,测定结果如表 2.1 所示。另外通过地铁 5 号线以及昆明会展中心的地勘报告的资料收集整理,可发现昆明地区的泥炭质土、黏土、粉土 的部分参数指标变异性很强,如表 2.2 和 2.3 所示。
表 2.1 湖 相 软 土 的 基 本 物 理 性 质 指 标 表
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第三章 K-means 聚类分析高原湖相沉积软土参数 .......................... 31
3.1 概述 ............................ 31
3.2 K-means 聚类方法...................................... 32
3.3 滇池湖相沉积泥炭质土的物理力学参数的 K-means 聚类分析........................ 33
第四章 不同先验分布下的后验分布确定土力学参数 ............................ 41
4.1 概述 ......................................... 41
4.2 岩土参数的样本分布 ............................ 42
第五章 用 Bayes 法的后验分布极限确定土力学参数 ........................... 73
5.1 后验分布极限 ......................................... 73
5.1.1 岩土力学参数先验分布的相合性 ............................ 73
5.1.2 后验分布相合性验证 ........................................ 76
第六章 岩土参数取值合理性检验
6.1 昆明滇池卫城深基坑模型的建立
滇池卫城站位于环湖东路与红塔东路交叉口的西南象限。 地表及下依次分布着广泛的素填土、泥炭质土、粉土、黏土等。基坑开挖深度为 16 米,分 4 步开挖,具体开挖顺序 图以及局部监测断面 如 图 6.1 和 6.2 所示:
图 6.1 基坑深层水平位移局部监测平面图
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第七章 结论与展望
7.1 结论
本文介绍了滇池泥炭质土的特殊性,分析了泥炭质土有机质含量对其相关指标的影响