非饱和土蠕变力学特性试验及分段模拟

水电工程中库岸边坡流变效应显著,以库岸边坡非饱和粉质黏土为例,描述其蠕变力学行为,开展基质吸力控制条件下的三轴压缩固结排水蠕变试验。试验表明:①非饱和粉质黏土在不同应力水平下蠕变曲线形态较为相似,在同一应力水平下,土样的瞬时应变都大于蠕变应变;②随着应力水平的提升,土样的瞬时应变和蠕变应变都呈递增趋势,且瞬时应变的增长幅度大于蠕变应变;③在不同基质吸力条件下,非饱和等时偏应力-应变关系均表现出较为明显的非线性特征。基于试验成果,分析粉质黏土蠕变变形特点,提出分段模拟的思路来描述瞬时应变和蠕变应变,分别构建考虑基质吸力的弹性体和分数阶黏滞体,由此建立可考虑基质吸力的非饱和粉质黏土蠕变本构模型。通过所建模型对本文和相关文献中非饱和粉质黏土蠕变数据进行辨识,对比分析试验曲线和预测曲线,证明所建模型的合理性和适用性。研究成果为库岸边坡长期稳定性研究提供一定参考。     

赣东地区小型牵引式残坡积土质滑坡稳定性及破坏模式分析

通过野外调查,较全面地研究了赣东地区小型牵引式残坡积土质滑坡的区域地质环境和水文、工程地质条件,结合反演分析及折线滑动法计算滑坡稳定性系数等手段,对滑坡在两种工况下的稳定性进行了定量探讨,在此基础上分析了滑坡成因和可能的失稳破坏模式。针对小型牵引式残坡积土质滑坡失稳破坏模式分析得出:小型牵引式残坡积土质滑坡破坏模式经历三个阶段:前期蠕变—坡体蠕动阶段、中期变形—滑动面贯通阶段、后期破坏—滑坡破坏阶段。     

甘肃天水泥岩压缩蠕变特性试验及模型研究

甘肃天水地区黄土-岩质滑坡和岩质滑坡分布面积较广,数量较多,且滑面多处于泥岩中。为了进一步探究软岩的蠕变特性,了解滑坡变形破坏的本质,采用YSJ—01—00岩石三轴压缩蠕变试验仪对天然状态下的甘肃天水泥岩进行了分级加载条件下的三轴压缩蠕变试验,得到了泥岩的蠕变全过程曲线、不同应力水平下的应变-时间曲线和长期强度。通过对其蠕变特性进行分析,提出了一种改进的西原模型和模型的破坏判据,并利用改进的西原模型对泥岩压缩蠕变曲线进行拟合,获得了泥岩的蠕变参数,推导出蠕变破坏的时间。分析结果表明,改进的西原模型能够较好地描述泥岩的蠕变规律,特别是加速蠕变阶段,这有利于滑坡临滑预报的研究,对甘肃地区黄土-岩质滑坡、岩质滑坡和其他软岩研究等具有重要的科研意义和工程意义。     

木崖公园滑坡形成机制研究

木崖公园滑坡滑体主要为粉质黏土,滑床和滑带分别由强风化泥岩与含角砾粉质黏土构成,系典型蜀南红层残坡积类滑坡。研究表明:地形、地貌、地层岩性是滑坡形成的物质基础。雨水入渗导致岩体物理力学性能弱化。斜坡经历蠕变—拉裂—剪断变形阶段之后,最终形成滑坡。     

南京河西地区软土压缩蠕变特性试验研究

研究软土的压缩蠕变规律对于软土地区各类建筑物的长期稳定性和运行安全性十分重要.利用单向固结仪,进行不同荷载条件下南京河西地区软土压缩试验,获得了软土在单向压缩条件下应力与应变关系及应变与时间关系,试验结果表明:南京河西地区软土在单向压缩条件下的应力应变关系可用双曲线函数进行模拟,并且可用割线模量法概化应力应变关系;此外根据不同加荷条件下的蠕变试验结果,得出南京河西地区软土具有非线性蠕变特性;可用对数函数描述软土蠕变规律.研究结果可为南京河西地区软土地基的沉降和工后沉降计算提供依据.     

片岩三轴蠕变特性及蠕变模型研究

在云南澜沧江流域,发育了大量的倾倒变形体。软硬岩互层的岩体结构是该流域形成倾倒变形体的重要原因。软岩的岩体力学参数是研究倾倒变形体的关键点。为了研究其变形机制,采用YSJ-01-00岩石三轴蠕变实验机,在恒温条件下,对片岩进行三轴蠕变实验;采取Burgers模型对其流变曲线进行辨识,并确定模型参数。试验结果表明,该种岩石长期强度只有瞬时强度的0.71倍。通过对实验曲线的研究,本文系统分析了片岩在蠕变条件下的变形特征和力学特征。着重探讨了加速蠕变阶段的轴向应变-应变率-偏应力关系特征。为预测和评价倾倒变形体的长期稳定性提供了重要依据。     

饱和软土的经验型蠕变模型

通过漳州地区饱和软土的三轴排水与不排水蠕变试验,得到不同偏应力下蠕变曲线和应力一应变等时曲线,发现应力-应变等时曲线可以用一双曲线函数来描述,在此基础上建立应力一应变关系采用双曲线关系,应变一时间关系采用幂函数的经验型蠕变方程.研究结果表明:该模型具有参数少、适用性强的特点;模型参数可以一组蠕变试验数据得到的蠕变曲线中获得,对模型中的参数n可采用分段求平均值的方法提高拟合精度,利用该模型数据拟合的相关系数R2可达0.98;该蠕变方程较Singh-Mitchell模型、Mesri模型能更好地拟合试验数据,较好地反映和预测饱和软土的蠕变特性.     

库岸滑坡破坏模式识别方法研究———以三峡水库青石滑坡为例

青石滑坡是三峡水库岸坡消落带典型的崩坡积层滑坡,基于现场调查和工程勘察分析了三峡水库蓄水运行期间青石滑坡的变形与破坏特征;将滑动面位于175m水位以上的部分假定为弹性介质,位于145~175m之间的部分假定为应变软化介质,提出了两种介质材料的本构模型;通过对滑坡滑动面弹性应变能、滑坡重力势能和地下水渗透势能的计算,采用突变理论建立了滑坡破坏模式判别指标,据此可将滑坡破坏模式分为缓动型和剧动型两类。计算结果表明,青石滑坡在水库运行期间的破坏模式属于缓动型,与实情相符。研究成果对于探索三峡水库岸坡滑坡灾害的形成机制及其减灾具有积极意义。
     

炭质板岩轴向与侧向蠕变规律研究

炭质板岩在岩土工程中普遍存在,且具有各向异性的特点。为研究其蠕变规律,首先采用岩石三轴流变试验机对自然状态和泡水30 d的炭质板岩进行单轴压缩试验,获得其瞬时强度分别为62.4和54.2 MPa,再基于瞬时强度,设置应力水平依次为瞬时强度的60%、70%、80%、85%及90%进行单轴分级加卸载蠕变试验。研究结果表明:蠕变量及蠕变速率随应力水平增大而增大;水在炭质板岩孔隙裂隙中流动,其对炭质板岩的长期损伤劣化作用使得孔隙裂隙增大,导致蠕变量及蠕变速率显著增大,尤其对轴向蠕变影响更明显,因此轴向蠕变量及蠕变速率比侧的向大;水的作用显著地增大了炭质板岩瞬时塑性应变及黏弹性应变,该现象在轴向比侧向表现更明显。     

基于蠕变试验及Burgers模型参数分析的三趾马红土长期强度确定

为了确定重塑三趾马红土的长期强度,首先利用改进的直剪蠕变仪,对甘肃陇东地区三趾马红土进行了剪切蠕变试验,得到了三组固结压力下蠕变曲线。在对各级固结压力蠕变曲线的Burgers模型拟合参数分析的基础上,提出了利用Burgers模型参数中的Maxwell体的黏滞系数与相应的剪应力加载等级之间曲线的最大曲率点确定三趾马红土的长期强度的方法,得到了三趾马红土的长期强度。通过与过渡蠕变法及等时曲线法确定的长期强度值对比,表明基于Burgers拟合参数分析的三趾马红土的长期强度确定方法较为合理。提出的长期强度确定方法及试验结果可对黄土地区受三趾马红土层控制的滑坡的稳定性评价及工程防治提供参考。     

结合水对软粘土流变性质影响的试验研究

软粘土中含有强结合水、弱结合水和自由水,结合水是影响软粘土流变性质的重要因素。采用改进的直剪蠕变仪,对软粘土中结合水对其流变性质影响进行试验研究,测试了一组含水类型不同而其他条件相同的粘土试样的流变性质。测试结果表明,土体的粘滞系数随强结合水含量的增加而减少,即流变变形阻力随强结合水增多而减小;而当含水量大于最大吸附结合水含量时,土粘滞系数随含水量的增大而增大,即流变变形阻力随弱结合水的增多而增大。试验结果分析表明,强结合水是土体产生流变的主要因素,而弱结合水则是相对次要因素。该研究成果有助于进一步认清土体流变的起源,对改进和完善现有流变固结理论有一定指导意义。     

有机质和黏土矿物对软土流变性质影响对比试验研究

采用改进的直剪蠕变仪,对有机质、膨润土对软土流变性质影响显著程度进行对比试验研究,在相同试验条件下完成了两组含有机质、膨润土百分比相同的试样的流变性质的测试。测试结果表明,有机质和膨润土所含蒙脱石是影响软土流变性质的重要因素之一,且有机质对软土流变性质的影响较膨润土所含蒙脱石的影响显著,在其他条件相同时,含有机质或膨润土试样的黏滞系数均比不含有机质和膨润土试样的小,且含有机质试样的黏滞系数比含膨润土试样的小,即有机质和膨润土使土样流变变形阻力减小,且前者使土样流变变形阻力减少的幅度较后者的大。试验结果分析认为,有机质和膨润土所含蒙脱石通过吸附于颗粒表面的结合水影响土的流变性质,其中强结合水是土体产生流变的主要因素,而弱结合水则是相对次要因素。文中的试验结果有助于进一步认清土体流变的起因,对改进和完善现有流变变形计算理论有一定指导意义。     

天津吹填软土Mesri蠕变模型及灰色预测

为了研究吹填软土流变特性,通过三轴剪切以及三轴排水蠕变试验,建立了天津吹填软土Mesri经验蠕变模型。同时,利用实测数据对蠕变试验结果进行了灰色预测。结果表明:经验模型及灰色预测结果与实测数据都较接近,说明天津吹填软土蠕变可用Mesri模型进行预测,短期内灰色预测也是适用的,值得工程实践中参考。     

滨海软黏土蠕变特性的三轴试验

为探讨天津滨海典型软黏土的蠕变特性,利用英国GDS动三轴试验系统,开展了考虑围压、加荷比以及排水条件等因素下的三轴蠕变试验研究,得到了不同条件下滨海软黏土的应力．应变．时间关系曲线．试验结果表明：天津滨海软黏土具有非线性蠕变特性,其蠕变变形演化特征受结构性制约,低围压条件下,蠕变等时曲线近似为线性,无明显的屈服特性;当围压较大时,蠕变等时曲线呈现折线特性;排水条件下的蠕变等时关系曲线比不排水条件下的非线性程度明显,排水条件下其体变性状总体上表现为剪缩,蠕变变形速率和变形量均低于不排水条件;不排水条件下软黏土的初始蠕变变形速率和变形量与围压和加荷比有关,相同偏应力水平下,固结压力越大,初始蠕变速率越大,达到稳定蠕变阶段的时间越短,蠕变变形量越小;初始固结压力一致时,加荷比越大瞬时蠕变速率越大。破坏应力值越小．     

基于固结理论和蠕变模型的软土固结蠕变理论

通过分级加荷的方式对天津滨海新区经过真空预压处理后的软土进行一维压缩蠕变试验.根据试验所得到的成果,在Terzaghi一维固结理论的基础上,用修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型建立了一个新的一维固结微分方程.该方程以一维压缩蠕变试验中所获得的土体力学指标作为计算参数,考虑了软土在主固结阶段结束后所产生的蠕变变形.利用该方程对不同深度和不同应力水平下的试样进行固结和蠕变计算,计算结果与试验结果很接近,表明该方程能够充分反映软土的应力、应变和时间的关系,适用于天津滨海新区的吹填软土地基.     

饱和软地层中土锚的时间效应

通过室内土工试验及原位土锚测试,提出了剪力模型,确定了土锚承载能力及位移量对时间的依赖关系。并推荐了确定土锚蠕变量和松弛量的方法。对于指导工程应用和设计有重要作用。     

太湖第四纪沉积区土体荷载响应的效应综合特征

土的微结构对土的力学行为机制起着至关重要的作用,对太湖第四纪沉积区典型软土进行单向压缩试验,利用扫描电子显微镜(SEM)所得的照片研究软土在不同固结压力条件下的微结构大小、形状、定向性等微结构参数,分析其变化规律.研究表明,随着固结压力的增加,结构单元体不断变大,集合体的形状在垂直于压力的方向变长,结构单元体的定向性有所提高但不显著;孔隙分布分维呈下降趋势并逐步稳定.采用电镜扫描仪(SEM)对在复杂应力路径作用下剪切前后的黏土样进行微观观察,并从剪切前后孔隙排列、孔隙形态、孔隙尺度变化特征3个方面分析宏观试验原状软黏土归一化抗剪强度各向异性的微观本质.阐述了淤泥类软土的微观结构对其工程性质的重要影响.从泥炭的微观结构分析入手研究了泥炭的性质及特点(包括含水性质、强度性质、固结及次固结性质).讨论了海积软土在固结、剪切作用下微观结构的变化,阐述了海积软土力学行为的本质.通过室内一维固结蠕变试验系统研究分析了次固结系数与固结压力、时间及压缩指数的关,揭示了太湖第四纪沉积区软土的次固结特性.利用扫描电镜试验( SEM)和X射线能谱仪对软黏土中常见的微量元素进行测定,计算其相对百分比并分析了该土的矿物成分和微观结构组成.实验结果表明,该黏土主要以高岭石、埃洛石(伊利石)、水云母(蒙脱石)为主(其中硅为其主要成分,局部的矿物组成有稍许不同).     

炭质板岩三轴压缩蠕变特性及其本构模型

采集兰渝铁路木寨岭隧道炭质板岩制备试样,开展了三轴蠕变试验,研究了不同层理面与轴向荷载夹角下的试样蠕变特性.根据试验结果提出了岩石横观各向同性蠕变本构模型,由于炭质板岩性质的方向性,其蠕变势函数与常规势函数相比需要更多的参数.此外,结合试验数据开展了蠕变参数反分析研究,可以减少蠕变试验数目,在工程应用中具有一定优势.研究结果为了解岩石横观各向同性和制定相关地层支护方案提供了科学依据.     

干湿循环对炭质泥岩蠕变及损伤特性的影响

为揭示炭质泥岩库岸边坡的时效变形和损伤特性,对经历不同干湿循环次数的炭质泥岩试样进行低场核磁共振和三轴压缩流变试验,研究炭质泥岩孔隙演化特征和蠕变特性;在此基础上,基于损伤理论和Lemaitre应变等效原理,建立考虑干湿循环、轴压和时间因素耦合影响的蠕变损伤方程 . 结果表明：随干湿循环次数增加,炭质泥岩孔隙率增加,孔隙结构由小孔隙向大孔隙演变,瞬时应变和蠕变量增大 . 建立的损伤方程能较好地表征干湿循环次数、轴压和时间对炭质泥岩损伤演化的影响;随干湿循环次数增加,炭质泥岩损伤增大,损伤时间效应增强;轴压增大,损伤增长的速率加快,加速损伤的持续时间增长.     

新型倒T式防波堤结构长期变形特性预测方法研究

新型倒T式防波堤结构是可供深水环境软土地基选用的一种新型港工结构型式。深水环境中结构所受波浪力、水流力等长期荷载作用显著,但其长期变形特性尚不清楚。为探讨该类结构长期变形特性,本文基于波浪等循环荷载长期作用下软粘土变形与循环次数之间相互关系同静荷载作用下土体蠕变与时间之间相互关系相似的特性,借鉴蠕变理论,采用幂指数函数拟合饱和软粘土循环三轴试验结果,结果显示二者吻合较好,说明基于蠕变理论采用幂指数函数预测饱和软粘土长期变形的方法是可行的。进一步,利用ABAQUS二次开发平台Creep子程序实现了这一方法的有限元计算手段,建立了预测饱和软粘土长期变形的有限元实用简化计算方法,最后,采用该方法探讨了新型倒T式防波堤结构的长期变形特性。