压实土固结蠕变特征及分数阶 流变模型参数分析

为研究高填方路堤压实土的蠕变特性,对3种不同压实度(90%,93%,96%)的压实土开展了5种不同竖向荷载(100,200,400,600,800 k Pa)的一维固结蠕变试验.试验结果表明:1)压实土的蠕变变形呈现明显的非线性特征;2)蠕变有效应力越大,蠕变变形越显著;3)压实度越高,蠕变变形的敏感性越差.采用基于分数阶微积分的类Kelvin-Voigt流变模型结合试验数据得到模型参数,分析了模型分数阶阶次β,[H]元件弹性模量E0以及[FC]元件弹性模量E1与土样压实度K的关系,结果表明,随着土样压实度的增大,分数阶阶次β减小,模量E0和E1增大,预测结果与试验数据吻合良好,显示分数阶模型参数能合理地反应土样的流动性.     

考虑蠕变损伤的Q_2黄土流变本构模型

根据Q2黄土的流变特征,其粘弹性特性可采用五元件广义的Kelvin模型来描述,其线性粘塑性特性可用与一滑块并联的Maxwell模型来描述,而非线性粘塑性特性,可通过损伤与塑性应变的耦合作用来反映。在考虑黄土瞬时损伤、蠕变损伤及黄土粘弹塑性组合模型的基础上,应用应变等效原理,建立了蠕变损伤流变本构模型,并通过拟牛顿法确定了相应的模型参数。该模型能够较好地描述黄土的加速蠕变过程,具参数少、适用性广的特点。     

高应力条件下黄土三轴蠕变试验及经验模型

为研究高填方地基黄土在高应力条件下的蠕变特性及其随深度的变化规律,在不同围压下针对陕西延安机场高填方黄土进行三轴固结不排水蠕变试验。采用"陈氏法"对试验数据分析处理,获得分别加载下各围压的蠕变曲线和应力-应变等时曲线。试验发现黄土的蠕变特性在高应力与低应力水平下有显著不同:其应力-应变关系在低应力条件下近似呈线性特性,高应力条件下表现出明显的非线性特性。以围压600kPa为例,由指数函数描述应力-应变关系,双曲线函数描述应变-时间关系,建立了适合延安机场并可以反映高应力条件下黄土蠕变特性的经验模型。将Mesri模型、Singh-Mitchell模型与经验模型比较,发现该模型与试验数据拟合度高、形式简洁、参数少且易获取,能更好地对延安机场黄土的蠕变特性进行反映和预测。     

基于黄土蠕变试验的高填方地基沉降的数值模拟研究

为了全面研究高填方地基的工后沉降规律,本文通过一维固结蠕变试验,研究了黄土的蠕变效应,分析了含水量及压实度对黄土蠕变的影响,选取不同的模型来拟合黄土的应变与时间关系,并且运用FLAC 3D计算了黄土高填方的沉降变形。结果表明：初始荷载越大,黄土蠕变稳定的时间越长;Burgers模型能很好地反映试验曲线各级荷载的变形和时间的关系,适合作为压实黄土土体蠕变变形的模型;高填方的沉降稳定期约为3~4年,工后沉降主要集中在填筑完成后的1年,而且填筑体高度越大,工后沉降稳定期越长。     

基于蠕变试验的黄土高填方工后沉降规律数值研究

为了研究黄土高填方工后沉降规律,开展一系列压实黄土一维固结蠕变试验,分析含水率及压实度对黄土蠕变特性的影响,验证了Burger蠕变模型在描述压实黄土应变与时间关系上的适用性,在该模型基础上,运用FLAC3D计算了黄土高填方工后沉降规律。结果表明:轴向加载瞬时,试样变形速率较大,随着时间的推移,变形速率减小并趋于稳定,压实黄土蠕变随含水率的提高而增加,随压实度的提高而减小。工后沉降对填料压实标准更敏感,在一定压实度和含水率范围内,工后沉降与含水率和压实度呈线性关系。可以通过高填方工后沉降速率和时间关系曲线上的拐点位置判断工后沉降稳定时间,填料压实度越低、含水率越大,拐点越靠后,沉降稳定的时间越长。     

延安地区压实Q2、Q3黄土变形特性分析

本项研究针对延安地区压实Q₂、Q₃黄土做了大量的室内侧限压缩固结试验.针对压实黄土变形特性的影响因素,建立适用于表征侧限条件下压实黄土应力-应变关系的最佳拟合模型.在此基础上分析了最优含水率条件下割线模量与垂直压应力及割线模量与压实度的关系,提出了普遍适用的压实黄土加载本构模型.研究结果表明:压实Q₂黄土固结完成之后土体密实度高,含气量少,渗透性小,外加荷载作用下附加变形量小,是良好的地基填筑材料.Gunary模型适用于表征侧限条件下压实Q₂、Q₃黄土的应力-应变关系,拟合精度高,稳定性好.由Gunary模型转化后得到的割线模量与垂直压应力的关系式涵盖了低压实度情况下的线性关系和高压实度情况下的非线性关系两种情况,具有更好的适用性.     

海陆交互相黏性土蠕变试验与经验模型研究

海陆交互相沉积土是在复杂的沉积环境下形成的,其力学性质与其他沉积土有所区别.针对大连海陆交互相黏性土原状样,采用三轴排水蠕变试验对黏性土的蠕变特性进行了研究,分析了轴向应变、体应变、轴向应变速率与蠕变时间、偏应力间的关系.基于蠕变试验结果,耦合Mesri模型与三次多项式,建立了可以描述土体衰减蠕变与加速蠕变过程的经验模型.结果表明,该地区土体具有典型的非线性蠕变特性,随着偏应力的增加,非线性蠕变特性愈加明显.在低偏应力作用下,蠕变过程表现出衰减蠕变与剪缩特性;在破坏偏应力下表现出加速蠕变与剪缩、剪胀交替特性.轴向应变速率随着蠕变时间的增加而减小,随着偏应力的增大而增大,而偏应力对m值(曲线斜率)的影响较小.试验结果与模型计算结果吻合较好,表明新建模型适用于描述该地区海陆交互相黏性土的蠕变特性.     

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.     

重塑黄土动态回弹模量依赖性分析及预估模型

为明确重塑黄土动态回弹模量的应力依赖性,借助室内重复加载三轴试验,研究了在16种应力路径、3个压实度和4个含水量状态下黄土动回弹特性.试验结果表明:含水量越高时偏应力和围压影响较体应力显著,含水量越低时偏应力和体应力影响较围压显著.低偏应力条件下,含水量对低压实度黄土的回弹模量影响显著,反之高偏应力条件下含水量则对高压实度黄土回弹模量影响显著;回弹模量在含水量大于等于最佳含水量时,受偏应力和体应力影响显著,而在含水量小于最佳含水量时受偏应力和围压影响显著.鉴于此,提出以Ni模型为基础,在不同湿度阶段采用不同的应力控制参数的两阶段动态回弹模量预估模型,从而精准表达黄土路基性能参数.     

粉煤灰-石灰改良黄土与压实黄土强度特性对比分析

基于TSZ-3型应变控制式三轴剪切仪,在不同固结围压条件下对不同压实度粉煤灰-石灰改良黄土和压实黄土进行了常规三轴加载试验,研究了竖向加载条件下改良黄土和压实黄土的应力-应变演化关系、强度特性及其破坏方式的差异.研究结果表明:改良黄土的应力-应变曲线以软化型为主,屈服即意味着破坏;压实黄土全部为应变硬化型,可用双曲线描述,属于渐进屈服破坏.固结围压和压实度均会对压实和改良黄土的强度产生较大影响,两者之间的耦合关系共同决定黄土的强度.改良黄土的黏聚力值均远大于压实黄土,内摩擦角略微大于压实黄土;改良黄土在剪切前期强度增长较大,压实黄土的强度随着剪切变形的发展逐步发挥.三轴竖向加载条件下,改良黄土呈脆性滑移破坏形式,压实黄土呈剪缩侧胀破坏.     

考虑含水劣化的泥质粉砂岩单轴蠕变特性研究

基于不同含水状态下T2b2泥质粉砂岩蠕变特性的试验研究结果,建立蠕变模量与含水率之间的数学关系式,表明含水率越大蠕变模量越小.将岩石的含水损伤定义为瞬间弹性损伤和长期蠕变损伤,结合试验结果确立了损伤变量和损伤演化方程,并基于泥质粉砂岩非线性蠕变方程建立了可考虑含水损伤的岩石蠕变模型.针对含水率恒定与变化两种情况下的理论和试验结果分别进行了对比分析,结果表明:①含水率恒定情况下,理论曲线和实验曲线的变化趋势是一致的;②变含水率情况下,理论曲线是介于饱和状态和干燥状态蠕变曲线之间的一种特殊曲线,不同吸水速率对应的瞬间弹性应变与干燥状态相等;吸水速率越大,初始蠕变速率越大,蠕变应变量也越大;吸水速率越小,岩石进入稳定蠕变阶段所需时间越长.     

基于分形理论的黄土击实后粒度分布研究

基于分形理论对不同击实能和含水量条件下的粉土状黄土进行粒度分析,研究击实后土体颗粒形状的变化情况和颗粒体积的分形行为。结果表明,击实后的粉土状黄土颗粒体积分布遵循分形规律;在一定含水量条件下,分维值D会随着击实能的增加而减小;当击实能较大时,对土样颗粒造成的形状改变也更为明显;在一定击实能条件下,当土样含水量小于最优含水量时,分维值D随着含水量的增加而减小;当土样含水量大于最优含水量后,分维值D呈现离散性,没有一定的规律。     

侧向卸荷条件下不同含水率原状黄土变形特性分析

为研究原状黄土的侧向卸荷变形特点,选取陕西地区具有代表性的不同含水率Q₃原状黄土,进行不同固结压力下的分级侧向卸荷试验。试验结果表明：原状黄土在侧向卸荷下应力应变曲线为硬化型;初始固结压力较低的试样无明显破坏且轴向应变最终趋于稳定,固结压力较高的试样则发生破坏且轴向应变持续增加,对于低固结压力试样,含水率越高,最终稳定时的轴向应变越大;提出原状黄土的临界轴向应变比值,并通过拟合得出指数函数表达式,以计算各种情况土体卸荷达到塑性破坏时的围压值;根据试验结果拟合得到初始切线模量的经验公式,从而推导出不同含水率原状黄土在卸荷时的变形模量计算公式。     

均匀化方法对单向碳/铝复合材料弹性性能预测

基于均匀化方法,预测单向碳/铝复合材料的等效弹性模量,得到单向碳/铝复合材料等效弹性常数的预测公式.首先,采用均匀化方法对单向玻纤/环氧复合材料等效弹性模量进行预测,得到玻纤/环氧复合材料的等效弹性常数,并与NASA经验公式的计算结果进行比较.结果表明,均匀化方法计算得到的等效弹性常数与NASA经验公式的计算结果相吻合,验证了周期性边界条件以及均匀化方法预测单向复合材料弹性性能的正确性.然后,采用均匀化方法对不同纤维含量的单向碳/铝复合材料等效弹性模量进行预测,并与NASA经验公式和混合法则的计算结果进行比较.结果表明,NASA经验公式和混合法则的计算公式可以预测单向碳/铝复合材料的纵向拉伸模量和纵向泊松比,但无法预测其横向拉伸模量和剪切模量.最后,采用最小二乘法拟合均匀化方法的计算结果对NASA经验公式进行修正,得到了单向碳纤维增强铝基复合材料横向拉伸模量和剪切模量的预测公式.     

高强轻骨料混凝土收缩和徐变试验

对大跨桥梁等结构中强度等级为48.7~72.2MPa的高强轻骨料混凝土的收缩和徐变进行应力试验。试验持续时间270~1080 d。结果表明:轻骨料的含水率直接影响轻骨料混凝土收缩的发展速度,对徐变影响则较小。高含水率的轻骨料混凝土早期收缩小于相同强度的普通混凝土,但最终收缩大于普通混凝土;低含水率的轻骨料混凝土收缩始终大于普通混凝土。轻骨料混凝土的徐变系数小于普通混凝土,但由于轻骨料混凝土的弹性模量低于普通混凝土,徐变应力仍可能大于普通混凝土。     

高强轻骨料混凝土收缩和徐变试验

对大跨桥梁等结构中强度等级为48.7-72.2MPa的高强轻骨料混凝土的收缩和徐变进行应力试验。试验持续时间270-1080d。结果表明,轻骨料的含水率直接影响轻骨料混凝土收缩的发展速度,对徐变影响则较小。高含水率的轻骨料混凝土早期收缩小于相同强度的普通混凝土,但最终收缩大于普通混凝土;低含水率的轻骨料混凝土收缩始终大于普通混凝土。轻骨料混凝土的徐变系数小于普通混凝土,但由于轻骨料混凝土的弹性模量低于普通混凝土,徐变应力仍可能大于普通混凝土。     

微观缩松对蠕铁微观组织和力学性能的影响

微观缩松缺陷的位置分布、体积大小表现出随机性特点,会对材料微观组织和宏观力学性能产生影响. 通过微观组织观测,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料微观组织的影响. 同时,建立了含微观缩松缺陷的三维代表性体积元模型,通过施加周期性边界条件和拉伸位移载荷,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料宏观力学性能的影响. 结果表明,蠕铁材料微观缩松缺陷周围组织中含有Ce,Mg元素,表明稀土蠕化剂与所研究的蠕墨铸铁的微观缩松的形成有密切联系,增加了材料内部形成微观缩松的倾向. 随着材料内部微观缩松体积分数的增加,材料的宏观等效弹性模量呈线性降低;微观缩松还会造成材料内局部区域的应力集中,易于微小裂纹的萌生及扩展.      

江西重塑红黏土动特性研究

本文以江西东乡县重塑红黏土为研究对象,在不同物态和应力状态下进行室内动三轴试验研究。主要研究在不同含水率和固结围压条件下,红黏土破坏动应力-破坏振次关系、动粘聚力和动内摩擦角、动应变-动弹性模量关系以及阻尼比的变化规律。试验结果表明：相同破坏振次条件下,高固结围压和低含水率能提高土破坏时的动强度。土的动粘聚力和动内摩擦角随着土样含水率的增加线性递减。红黏土动弹性模量随着轴向动应变的增加而减小,同时动弹性模量的减小幅度也越来越小,最后趋于平缓。相同轴向动应变条件下,高固结围压和低含水率土样的动弹性模量更大。拟合后的红黏土动本构关系符合Kondner双曲线模型。同时红黏土的阻尼比随着固结围压和含水率的增大而增大。     

螺栓套接结构的等效弹性模量优化修正方法

针对螺栓套接结构的动力学建模问题,提出了采用接触面薄层单元模拟螺栓套接结构的连接刚度的方法,建立了结构的有限元模型,并通过试验数据对接触面薄层单元的等效弹性模量进行了优化修正,提高了模型精度.研究表明,对于单接头和多接头的螺栓套接组合结构的动力学模型修正,本文提出的接触面等效弹性模量优化修正方法均具有实用性和有效性.     

冻融循环条件下粗粒料变形特性试验研究

为揭示粗粒料在冻融环境与复杂应力条件下的变形特性，采用大型三轴压缩试验与蠕变试验研究了粗粒料在不同冻融循环次数、围压与应力水平下的变形特性与蠕变特性。试验结果表明，未冻融粗粒料的应力-应变曲线为应变硬化型曲线，在试验围压100～600 kPa范围内粗粒料剪切过程中均表现为剪胀性；冻融循环后初始弹性模量与破坏应力均呈下降趋势，200 kPa围压时，初始弹性模量降低20%,破坏应力降低37%,600 kPa围压时，初始弹性模量降低5%,破坏应力降低25%;冻融循环后粗粒料轴向蠕变应变随时间的发展为衰减型蠕变规律，轴向蠕变应变随冻融循环次数和应力水平的增大而逐渐增大，8次冻融循环后轴向蠕变应变明显增大；应力水平影响下的粗粒料蠕变时间曲线可采用指数函数形式表达。