饱和土排水蠕变特性对比研究

利用室内改装的应力控制式三轴仪,以淤泥土、粉土、粉细砂(中密、密实)为研究对象,通过k_0固结三轴排水蠕变试验探讨了饱和土的排水蠕变特性.3种土样轴向蠕变规律均为稳定衰减型,但粉细砂的轴向蠕变与密实度有一定关联.3种土样体变规律存在一定差异性,淤泥土的体变随时间呈现剪缩与剪胀交替性,而粉土整体剪缩.砂土体变随时间变化则受围压和密实度的影响较大,体变总体呈剪胀性状,且砂越密实,受剪时围压越低,越易发生剪胀.3种土体蠕变系数与应力水平密切相关,均随应力水平增大而增大,而与围压值关系不大.但这种增长关系,对于黏性土(淤泥土、粉土)基本呈直线关系,而粉细砂并不呈线性,用指数增长关系描述更合适.最后,采用Merchant和Burgers蠕变模型拟合试验数据,发现应力水平S0.8时两个蠕变模型均能达到较好拟合效果,S0.8时均存在弊端有待进一步修正.     

考虑土结构性影响的改进EVP压缩模型

针对原有弹粘塑性(EVP)压缩模型的局限性,建立了一种考虑土结构性影响的改进EVP压缩模型,且在建模时考虑了天然沉积结构性土半对数压缩曲线的非线性特征以及蠕变随应力水平和时间的变化性状.引用了Ariake黏土在轴向应变为常速率以及不同阶段改变速率时的一维压缩试验结果,将其与改进EVP模型的计算结果进行对比分析.结果表明,该模型能够较好地描述天然沉积土的应力-应变关系对速率的依赖性,且计算结果与试验结果基本吻合.与原有的EVP模型相比,改进的EVP压缩模型采用了双对数坐标,能够反映天然沉积结构性土半对数压缩曲线典型的倒S特征.模型中引入了与应力水平和时间相关的蠕变参数,反映出天然沉积结构性土的蠕变速率随应力水平和时间的发展呈非线性递减的蠕变变形规律.     

地基土非线性流变特性试验与归一化模型研究

通过对湖南地区两种典型黏性土,即深黄色粉质黏土与浅紫色粉质黏土进行室内单剪循环加卸载蠕变试验研究,发现当应力水平大于屈服极限时,两种黏性土均具有明显的非线性蠕变特性与体积蠕变特性;并对两种黏性土进行非线性流变特性分析,在此基础之上,建立了统一的本构模型.通过模型检验证明其效果良好.图4,表2,参6.     

考虑参数简化的修正邓肯-张模型

邓肯-张非线性弹性模型被广泛应用于计算围堰修筑、土石坝等水利工程中粗粒土的应力-应变关系。然而,邓肯-张模型参数相对较多、计算结果往往不能充分体现土的剪胀特性。为解决上述缺陷,本文以邓肯-张模型为基础,提出了参数形式更为简化的应力-应变表达式,并基于沈珠江模型采用二次抛物线形式对应变进行描述,同时对该模型参数形式进行了改进,建立了反映土体体应变-轴向应变关系的体积比表达式。最后通过采用粗粒土和粘性土的试验结果对改进模型进行验证。结果表明：理论计算结果与试验结果吻合较好,改进的模型能够更好的反映土的体应变特征和应力-应变关系,为实际工程中土体的应力-应变关系计算提供了参考。     

湖相软土单轴蠕变特性及其模型研究

通过长期单轴蠕变试验,获得了湖相软土在不同应力水平下的应力-应变-时间的关系曲线,据此研究该软土的蠕变变形特性;在此基础上,利用非线性牛顿黏壶代替广义西原模型中的线性牛顿黏壶,将其从一维泛化到三维应力空间,建立了改进广义西原模型;利用曲线拟合法确定蠕变模型参数,并对该模型进行数值模拟验证。结果表明：软土在加载的瞬时均有一定的瞬时变形,然后随时间的延长,变形也明显增加;当应力水平低于50 kPa时,土体蠕变变形以衰减蠕变为主,处于黏弹性阶段;当应力水平高于50 kPa时,土体出现了衰减蠕变和稳定蠕变,呈塑性,并进入黏塑性阶段;由于环刀的侧限作用,软土土样未出现加速蠕变;改进广义西原模型具有非线性,由其计算所得的理论曲线能较好地与实测的蠕变试验曲线相吻合。     

基于大三轴试验的土石混合体强度特性与影响因素

为更为详细地探讨山区土石混合体的力学特性,综合考虑含石量、含水量与岩石完整性等因素的影响,采用正交试验方法对土石混合体填料的大型三轴剪切试验进行设计,并运用邓肯-张模型对得到的三轴试验参数进行反演研究。结果表明:土石混合体中影响内摩擦角的因素从大到小分别为含石量、含水量、岩石完整性;试件在各围压下剪切时,开始阶段偏应力与轴向应变近似成比例关系;当轴向应变超过2%时,偏应力增长速率减小,呈现出明显的应力-应变非线性;当混合体达到最大偏应力之后,仍可以保持在增加轴向应变的同时,偏应力不减小,表明土石混合体材料的软化特性不明显;含石量对试样体应变的影响较含水量与岩石完整性更显著,在含石量较低时体现为剪缩性,含石量较高时更多体现为剪胀性;邓肯-张模型的拟合结果与大三轴试验数据的相似度较好,表明邓肯-张模型能模拟土石混合体在不同围压下的应力-应变关系。     

基于最小能耗原理的花岗岩蠕变损伤分析

为了研究花岗岩蠕变损伤特性,采用MTS815.02岩石力学测试系统对花岗岩试样进行了三轴加载试验和分级加载蠕变试验,基于最小耗能原理、广义胡克定律和应变等效原理建立了弹性损伤方程和改进了非线性损伤蠕变模型,分析了花岗岩损伤变量与泊松比之间的变化规律和蠕变损伤过程.研究结果表明基于能量原理并结合任意阶段应力应变状态的损伤方程更合理地描述了岩石损伤发展过程.在耗能过程中损伤泊松比对岩石损伤起重要作用,损伤变量随着泊松比的增加而非线性增加,并逐渐趋于稳定,改进模型计算结果与试验曲线相吻合,较好地描述了岩石衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变的全过程;在岩石蠕变前期损伤速率较为平缓,进入加速蠕变阶段后随着微裂纹在强度弱化区汇聚,损伤速率直线升高且损伤变量突然增大.     

压实Q3马兰黄土蠕变规律研究

为了研究压实Q3马兰黄土的蠕变特性,开展不同压实度、不同含水量下压实土的单轴排水与不排水蠕变试验,得到其轴向应变-应力-时间关系,采用已有的经验模型及H-K、Burgers、M-B元件模型分别描述其蠕变规律并对比分析其适宜性,采用能综合反映蠕变特性参数的等效蠕变模量E(t)来分析不同因素对蠕变规律敏感性。研究结果表明:Q3马兰黄土的蠕变特性对含水量敏感程度较大,对压实度次之,排水条件对低含水量和低压实度土体的蠕变特性敏感程度较大;采用M-B元件模型能够较准确地描述其瞬时弹性应变、衰减蠕变和稳定粘滞流动三个阶段,通过等效蠕变模量E(t)能够较好地反映不同初始条件下的蠕变效应,得到了E(t)与含水量w和轴向荷载σ0的经验公式。     

土体非线性模型的分段切线模量研究

结合大量实验数据,基于原邓肯非线性模型,建立了土体达到抗剪强度之前分段切线模量的非线性模型,其轴向应变εa与轴向压应力(σ1-σ3)的比εa/(σ1-3σ)~aε曲线包括向上弯折和向下弯折2种,均由两折线组成.硬化型曲线一般可用向下弯折的折线进行拟合,而软化型且剪胀比较明显的应力-应变关系用向上弯折的折线进行拟合.试验结果表明,该模型较原邓肯非线性模型能更好地模拟土的应力、应变发展情况,与实际更加吻合.     

绿片岩的单轴压缩各向异性蠕变试验研究

通过对锦屏二级水电站辅助交通洞的绿片岩单轴压缩蠕变特性试验,研究了轴向荷载方向与层理之间的不同关系对瞬时应变、应力应变关系、轴向应变速率、衰减蠕变持续时间和蠕变破坏机理的影响.研究结果表明:在相同低应力水平下,垂直于层理时的瞬时应变增量大于平行于层理时的瞬时应变增量,而在相同较高应力水平下垂直于层理时的瞬时应变增量小于平行于层理时的瞬时应变增量;同等应力水平条件下,垂直于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间均小于平行于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间.同时,当轴向荷载垂直或者平行于层理时,应力应变关系曲线均出现了压密、弹性变形、裂纹扩展和峰后破坏阶段,且蠕变破坏类型均属于脆性破坏.     

旋转硬化与统一硬化参量在修正剑桥模型中的应用

针对修正剑桥模型不能模拟土体剪胀性、应力路径转折时土体的应力应变特性以及应力引起的各向异性,将旋转运动硬化理论引入到修正剑桥模型中,给出了椭圆屈服面的旋转运动硬化机制,把等向硬化的修正剑桥模型扩展为旋转运动硬化模型.同时,为了能够反映砂土和超固结土的剪胀等本构特性,用统一硬化参量H代替修正剑桥模型中的等向硬化参数一塑性体积应变εpv,建立了一个新的基于旋转硬化与统一硬化参量的改进的修正剑桥模型.对修正剑桥模型、旋转运动硬化修正剑桥模型和新模型进行了定性对比,结果表明,新模型不但能够反映应力路径转折时土体的特性,也能描述土体的剪缩和剪胀.     

不排水循环加载作用下饱和软粘土的蠕变特性

为了探讨珠江三角洲饱和软粘土在交通行车荷载作用下的变形特性,在K0固结状态下进行了一系列不排水的单向循环加载蠕变试验.研究表明:根据循环荷载的大小,饱和软粘土的累积变形可分为衰减型和破坏型;衰减型循环蠕变的累积应变速率与循环次数的关系可用幂函数来表示,引入相对偏应力水平参数,可综合考虑动偏应力、初始静偏力和围压的影响,累积应变速率可用相对偏应力水平的指数函数来表示.文中还基于流动理论,建立了珠江三角洲饱和软粘土的应变速率状态方程,该模型较好地表达了衰减型循环蠕变的应变速率―应力水平―循环次数关系.     

纤维加筋膨胀土的蠕变规律及模型预测

膨胀土是具有流变性质的灾害性土,其蠕变行为直接影响到工程结构的稳定性和安全性。为探究剑麻纤维加筋膨胀土的蠕变特性及应力-应变数学模型,采用室内固结排水三轴蠕变试验,分别进行了不同含水率、不同围压和不同偏应力条件下素膨胀土和剑麻纤维加筋膨胀土的蠕变特性研究,根据蠕变特征曲线提出了基于Mesri蠕变经验模型的剑麻纤维加筋膨胀土的修正蠕变模型。结果表明：相同条件下,剑麻纤维加筋土的蠕变变形量明显小于素土的蠕变变形量,说明掺入剑麻纤维可有效提高膨胀土的结构性能和抗变形能力;素土和剑麻纤维加筋土的蠕变变形量随含水率增大而增大,而随围压的增大呈减小趋势;素土和剑麻纤维加筋土在受到偏应力时均会产生瞬时应变量和蠕变变形量,其蠕变变形量随偏应力的增大而增大;素土和加筋土的蠕变曲线分4个阶段,分别为弹性变形阶段、稳态蠕变阶段、衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段;高偏应力下,基于传统Mesri蠕变经验模型的剑麻纤维加筋土蠕变预测误差高达37.95%,对Mesri蠕变经验模型进行修正后预测误差降至1.5%内,说明修正模型能较好地描述剑麻纤维加筋土的蠕变特性。此研究结果可为膨胀土工程提供理论参考。     

基于煤体三轴蠕变试验的非线性伯格斯模型

为解决传统伯格斯模型无法描述煤体加速蠕变的缺陷,利用RLW-500G煤岩三轴蠕变-渗流试验系统对原煤试样开展三轴压缩蠕变试验,分析了不同应力水平下煤样轴向应变随时间的变化规律。针对煤样加速蠕变过程中应变加速度与时间呈正比的关系,利用一个非线性黏-弹-塑性体来表示煤体加速蠕变特征,将其与伯格斯体进行串联得到一个改进的非线性伯格斯模型,推导得到该模型在三维状态下的蠕变方程表达式。利用原煤三轴压缩蠕变试验数据,采用模型辨识的方法对改进的非线性伯格斯模型进行验证,结果表明:拟合曲线与试验结果高度吻合,相关系数平方R~2均高于0.98,能够较好地反映出煤样非衰减蠕变过程中3个阶段的变化特征,拟合结果表明改进的非线性伯格斯模型具有较高适用性及优越性。     

砂土速率相关黏性特性的有限元分析

根据复杂加载条件下饱和砂土排水平面应变压缩试验,分析了砂土的速率相关的黏性特性.试验发现砂土存在显著的加载速率效应、蠕变变形和应力松弛,并且在应变速率突变、蠕变或应力松弛之后,以新的应变速率重新加载时呈现出高刚度行为.针对砂土的变形强度特性提出了一种非线性有限元计算方法,砂土本构关系采用了三要素弹黏塑性本构模型.将有限元计算结果与试验结果进行比较,表明建议的有限元计算方法不仅可以较为精确地模拟砂土的平均应力-应变关系,同时也可以模拟包含变应变速率加载、蠕变加载、应力松弛加载的全过程黏塑特性.     

饱和软粘土不排水循环加载作用下蠕变特性的研究

为了探讨珠江三角洲的饱和软粘土在交通行车荷载作用下的变形特性,在K0固结状态下进行了一系列不排水的单向循环加载蠕变试验。研究表明：根据循环荷载的大小,饱和软粘土的累积变形可分为衰减型和破坏型;衰减型循环蠕变的累积应变速率与循环次数的关系可用幂函数来表示,引入相对偏应力水平参数,可考虑动偏应力、初始静偏力和围压的综合影响,累积应变速率与相对偏应力水平的关系可用指数函数来表示。基于流动理论,建立了珠江三角洲饱和软粘土的应变速率状态方程,该模型较好地表达了衰减型循环蠕变的应变速率—应力水平—循环次数关系。     

红层泥岩剪切蠕变特性及非定常本构模型研究

滇中红层泥岩具有显著的流变特性，会给当地工程建设带来安全隐患。选取狮子山隧洞段的红层泥岩进行分级加载蠕变试验，对其蠕变特性开展研究。结果表明，在较低应力状态下，岩样主要表现为衰减蠕变，而在较高应力状态下，岩样将发生从衰减蠕变、等速蠕变直至加速蠕变破坏的全过程蠕变。对岩样各阶段变形数据进行回归分析，建立拟合方程，发现岩样各阶段变形具有显著的非线性变形特性。根据岩样的非线性变形特性提出了1个指数型加速元件，通过与Bingham体中的黏性元件串联形成改进的Bingham体，使其能克服传统Bingham体模拟加速阶段存在的不足，并同时对Hoek体及Kelvin体进行非线性改进，然后通过将非线性Hoek体、Kelvin体与改进Bingham体串联，建立了1个能够描述滇中红层泥岩蠕变特性的非线性、非定常黏弹塑性岩石蠕变模型。通过与不同剪应力下红层泥岩的蠕变试验曲线进行比较，发现理论模型得到的结果与试验数据吻合较好，表明所建模型对于滇中红层泥岩具有较好的适用性。     

泥页岩水化膨胀的非线性蠕变模型

泥页岩井壁岩石受到地下流体与入井流体的影响,具有明显的流变效应。根据泥页岩水化膨胀的流变力学行为,借鉴经典元件组合模型的建模思路,提出一种新的膨胀模型,将泥页岩水化膨胀蠕变过程的膨胀元件与黏性元件并联,结合非线性黏塑性体,能有效地模拟泥页岩水化膨胀的蠕变过程。该模型既能反映岩石水化膨胀后的衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段,又能反映岩石在高应力下的加速蠕变阶段的水化膨胀非线性蠕变过程。文中取长7泥页岩进行了蠕变试验,通过实验数据拟合发现,该模型可以很好地描述泥页岩水化膨胀后岩石的蠕变特性。     

冻融循环作用下城市污泥固化土长期力学性能

采用自主研发的新型固化剂对城市污泥进行固化处理，通过对污泥固化土进行冻融循环作用下的不固结不排水蠕变试验，探讨其在气候环境影响下的长期变形和强度发展特性.试验结果表明，污泥固化土抗剪强度随冻融循环次数的增加呈现先明显降低后趋于稳定的趋势.当施加偏应力小于污泥固化土结构屈服应力时，其蠕变历时曲线呈现衰减型蠕变形态，各级应力水平下的曲线整体态势相近；当偏应力水平达到破坏应力时，蠕变变形急剧增长.在其他条件相同的情况下，冻融温度越低，蠕变变形的速率越快，每级蠕变稳定时的变形量也越大.污泥固化土等时曲线具有显著的屈服点，t=0h时刻等时曲线与其他时刻曲线簇相比存在明显的离散现象，在此基础上，基于应力-应变对数曲线和等时曲线拐点法，先后建立了能够考虑冻融循环作用影响的污泥固化土蠕变模型及其长期强度预测公式，可为相关工程实践提供参考.     

本构模型对黏性土侧向卸荷路径下应力应变关系适用性研究

为研究侧向卸荷应力路径对黏性土应力应变特性的影响,首先介绍了2种典型的修正邓肯张模型和三参数模型,然后分析比较了这3种模型反映侧向卸荷应力路径条件下土体应力应变特性的能力。即分别利用这3个模型模拟普通三轴侧向卸荷条件下的试验结果,得到相同条件下各种模型的应力应变特性曲线。并与试验结果进行对比发现：3种模型均能在不同程度上反映侧向卸荷应力路径对黏性土应力应变特性的影响,其中修正3的效果更明显一点,3种模型存在一定的联系,即参数值达到特定的情况时3种模型退化成为同一模型。