合肥地区典型非饱和膨胀土蠕变模型试验研究

文章通过对合肥地区典型非饱和膨胀土试样进行大量的单轴抗压强度试验及单轴压缩蠕变试验,获得了土样的抗压强度及蠕变特性;基于试验结果,运用Burgers、Maxwell模型,通过数值模拟比较,分别提出了在100、200 kPa应力水平作用下典型非饱和膨胀土的黏弹性参数,并确定了Burgers模型能够准确地描述膨胀土的蠕变特性,从而为膨胀土工程设计和分析提供理论依据。     

考虑干密度影响的红黏土蠕变特性及蠕变模型研究

为深入研究密实度对红黏土蠕变特性的影响,制备不同干密度的红黏土试样,经等压固结后,利用改制的三轴蠕变试验装置开展排水三轴蠕变试验,获得不同干密度的红黏土分级加载全过程曲线,并采用"陈氏叠加法"将分级加载全过程曲线转化为分别加载曲线。根据Burgers蠕变模型参数的物理含义,结合部分蠕变试验曲线对模型参数进行辨识,确定不同干密度的红黏土试样Burgers蠕变模型参数;然后,通过确定Burgers蠕变模型参数与干密度及偏应力之间的经验关系,建立考虑干密度影响的Burgers蠕变模型,并利用此蠕变模型对未参与模型参数辨识的蠕变试验曲线进行预测。研究结果表明:本文建立的蠕变模型对不同干密度的红黏土蠕变曲线具有较好的预测效果。     

弱透水性饱和黏土流变模型试验研究

利用单轴固结仪,采用梯度加载法进行了饱和黏性土的蠕变试验研究,土样来自于长三角地面沉降区弱透水土层.试验结果表明:在双对数坐标系中,土体的蠕变变形和时间在整体上具有较好的线性关系.收集了5个常用的黏弹性流变模型(Merchant、Burgers、马克思威尔体(M)、开尔文体(K)、鲍依丁-汤姆逊体(H-M)),利用Matlab开发了5个模型的反演分析程序.利用分析程序对试验数据进行迭代,求出了模型中的参数.最后,通过综合比较各模型在各级应力下的相关系数R和整体相关系数Rs,筛选出了最优的本构模型.研究结果表明:Burgers和Merchant模型拟合度好,都可以在整体上描述弱透水土层的流变特性,其中Burgers精度更好,Merchant所具参数更少、应用更方便.     

基于Burgers模型的流变损伤本构模型

在三维Burgers黏弹性流变模型的基础上,引入基于等效应变的损伤变量,建立了三维非线性流变损伤模型.推导了三维非线性流变损伤模型在三轴压缩下的轴向和侧向蠕变方程,并通过对向家坝砂岩三轴压缩蠕变试验结果的模拟,验证了模型的有效性.结果表明,基于Burgers模型的流变损伤模型,不仅可以反映砂岩的初期衰减和稳态蠕变阶段,而且也可以很好地反映砂岩的加速蠕变损伤过程.     

岩石的非定常Burgers模型

建立一个与时间、应力状态有关的非线性黏滞体,该黏滞体可以描述岩石的非线性黏弹性流变特征;将该非线性黏滞体替换Burgers模型中的线性黏滞体,得到修正Burgers模型,该模型也称为非定常Burgers模型。对锦屏二级水电站辅助交通洞的绿片岩进行双轴压缩蠕变试验,将定常Burgers模型和非定常Burgers模型对蠕变试验曲线进行拟合对比分析。研究结果表明:采用非定常Burgers拟合时,拟合曲线与试验曲线基本吻合,残差平方和比采用定常Burgers模型时的小,且相关系数也有明显提高,因此,非定常Burgers模型更适用于描述硬岩的黏弹性蠕变特征。     

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。     

砂沥青混合料非线性粘弹模型

基于砂沥青混合料蠕变特征,在Burgers模型中串联粘塑性体,并对粘塑性体中粘性系数进行改进,得到描述整个蠕变过程的非线性粘弹模型,理论推导和分析了模型蠕变方程.进行了砂沥青混合料试样施加不同应力下单轴压缩蠕变实验,由最小二乘法编制非线性拟合程序求得模型参数,拟合得到各模型参数与应力函数关系式.通过模型预测和实验值对比,结果表明,模型完整描述了砂沥青混合料蠕变过程3个阶段,尤其反映了加速蠕变的非线性粘弹特征.     

武汉地区软土固结蠕变耦合性状模型研究

运用数理统计方法对武汉地区软黏土固结蠕变试验资料进行处理,得出了各试验曲线的经验公式;通过对经验公式的分析,建立了非线性弹性黏性固结蠕变模型,其中,以Duncan-Chang模型描述土体的瞬时弹性,以Burgers模型的一部分描述土体的黏弹性;对Burgers模型中的参数进行了改进,根据固结蠕变模型特征及试验资料,用数理统计方法求出改进的Burgers模型中参数的经验值.     

基于损伤力学的砂岩蠕变模型研究与参数辨识

在Burgers模型的基础上,应用损伤力学的原理,通过引入3种不同的损伤变量演化规律,建立了改进Kachanov蠕变损伤模型、应变控制蠕变损伤模型和统计损伤模型,模拟向家坝砂岩三轴蠕变试验,并进行模型参数辨识及参数敏感性分析.3种蠕变损伤本构模型都能够较好地模拟蠕变全过程曲线,且各模型对曲线的模拟有着各自的特点.对比分析各个蠕变损伤模型,说明了提出的3种蠕变损伤本构模型都能够很好地反映砂岩的流变特性,但相比而言统计蠕变损伤模型更具有优势.本文研究为岩石工程的长期稳定性分析提供了理论参考.     

盐岩非线性Burgers模型及其参数识别

基于非线性流变力学理论,对常规黏滞体元件进行改进,提出一种新的变系数非线性黏滞体,其黏滞系数随时间增加而逐渐增大。将该非线性黏滞体替换常规Burgers模型中的线性黏滞体,建立非线性Burgers模型即NBurgers模型。该模型在一定的条件下可退化为常规Burgers模型。对盐岩试件开展三轴压缩蠕变试验,并利用试验结果,根据非线性最小二乘法基本原理对NBurgers模型的参数进行反演识别。拟合曲线和试验曲线对比显示:Nburgers拟合效果良好,误差较小,拟合曲线非常逼近于试验曲线,且其与试验曲线的吻合程度要明显高于常规Burgers模型,说明该模型能够更好地描述盐岩的黏弹性蠕变特性。     

不同应力路径下卸围压流变试验分析及模型辨识

以大岗山水电站坝基的辉绿岩为研究对象,进行σ1恒定卸围压和σ1-σ3恒定卸围压流变试验,分析2种不同应力路径下辉绿岩的流变变形特征.引入屈服接近度指标来评价卸围压流变过程中不同三向应力状态下岩样临近屈服破坏的程度,并以此作为试验曲线中等速蠕变和加速蠕变的区分标准.最后对Burgers模型进行参数变异处理.研究结果表明:在2种方式下和在卸围压过程中,岩样的横向变形都表现为侧向膨胀,但轴向变形规律并不相同:σ1恒定时轴向变形一直轴向压缩,而σ1-σ3恒定时先是有微小增大再逐渐转变为轴向压缩.这说明随着围压的不断卸载,岩体变形逐渐由弹性向塑性转变并最终破裂,线弹性理论已不再适用.加速蠕变阶段的串联黏滞系数出现了非线性交化,以此来描述加速蠕变.参数变异的Burgers模型可以描述岩体的减速、等速和加速蠕变阶段,拟合结果与试验结果吻合较好.     

考虑沥青混合料空隙率的蠕变特性及改进Burgers模型

为了更为精确的分析不同空隙类型沥青混合料的抗变形性能的影响,在经典的Burgers模型上进行改进,添加了一个非线性元件,得到改进的Burgers模型,将模型的宏观参数转化为离散元PFC的微观参数,植入PFC程序,用于分析不同空隙特征沥青混合料的抗变形性能。结果表明：改进Burgers模型能较好地表征空隙率较大的沥青混合料的蠕变特性,且空隙率较大的沥青混合料在加载过程中相比与空隙率较小的沥青混合料的非线性蠕变变形更为明显,同时,改进Burgers模型可较好地预测在不同温度条件下不同空隙类型的沥青混合料的蠕变变形。用于研究大空隙特征沥青混合料OGFC-13时,当空隙率增大2%时,沥青混合料蠕变变形最大可增大1/2,当空隙率增大10%时,沥青混合料蠕变变形可增大近6倍。     

考虑侧应力松弛的软土流变试验及模型参数求解

土体粘弹性本构模型参数的确定是研究土的流变特性的关键.采用考虑侧应力松弛效应的三元件粘弹性本构模型,经拉普拉斯变换和反变换得到了侧限压缩状态下土体的竖向应变和侧向应力的解析解;以试验数据点与拟合曲线点的相对误差平方的平均值作为评价试算拟合的标准,模型参数可根据竖向应变-时间和侧向应力-时间试验数据拟合确定.实例分析表明...     

高应力软岩流变特性及预应力锚固技术分析

随着中国煤矿开采深度的不断增加,高应力软岩巷道支护已成为制约煤矿安全生产的主要瓶颈.依据软岩三轴压缩的分级加载蠕变试验曲线的规律与时效特征,建立了高应力下泥质粉砂岩Burgers粘弹性流变模型,并依据粘弹塑性力学的基本理论,推导了该模型的一维蠕变本构方程,进而借助非线性回归分析辨识了模型参数.采用FLAC3D软件数值模拟预应力锚杆与锚索预紧力对高应力软岩巷道蠕变的影响,仿真结果表明,随着锚杆与锚索预紧力的提高,巷道围岩的位移量逐渐减小,锚杆预紧力大于100 kN且锚索预紧力大于900 kN较为合理.     

废弃纤维再生混凝土非线性蠕变模型

为研究废弃纤维再生骨料混凝土的蠕变过程,引入一个非线性黏性元件,与经典Burgers模型串联组成五元件六参数非线性蠕变模型。通过对废弃纤维再生骨料混凝土的拉伸蠕变试验,得到了不同体积率纤维掺量以及不同再生骨料取代率混凝土的拉伸蠕变柔度随加载时间的变化规律。参照蠕变模型中蠕变柔量与时间的关系式,通过基于Levenberg-Marquardt优化算法的混凝土蠕变参数识别,得到混凝土非线性蠕变模型的六个力学参数。模型拟合结果与试验结果一致,表明该模型能够较好地反映废弃纤维再生骨料混凝土的蠕变特性,也表明掺入0.12%体积率废弃聚丙烯纤维与50%再生骨料取代率的混凝土具有较好的经济实用价值。     

类软土单轴剪切蠕变特性研究

类软土是指炭质页岩、炭质灰岩、炭质泥岩等含炭的一套软质岩和其风化物,在特殊的工程地质条件和气象水文条件下形成的饱水层,受长期浸泡软化或间有微生物作用形成的坡残积、坡崩积和坡洪积软土。类软土具有的蠕变特性,导致滑坡产生连续滑动。研究类软土的蠕变规律,可为滑坡的建模及稳定数值计算奠定力学基础。通过类软土的单剪蠕变试验,得到了类软土剪应力—应变—时间关系的蠕变曲线;选择Burgers粘弹性本构模型描述类软土的流变性状,确定了类软土的剪切流变参数;通过对剪应力—应变曲线分析,得到了类软土的长期强度值。     

冻结黏土分数阶损伤蠕变模型参数确定及验证

为表达介于理想固体和理想流体之间的人工冻土蠕变特性,常用弹簧元件、黏壶元件与滑块元件间的复杂组合来实现。基于分数阶导数理论则可用较简单的模型来表达人工冻土蠕变性质。分析山西某矿井井筒检查孔黏土不同冻结温度下的单轴抗压、蠕变试验曲线,得到温度对冻结黏土单轴抗压应力应变及蠕变特性的影响规律。在Singh-Mitchell模型的基础上,引入分数阶导数理论,建立受冻结温度、加载等级影响的分数阶冻土蠕变模型。通过分析蠕变与时间取对数的拟合曲线发现两者具有线性关系,进而得出与温度有关的模型参数。鉴于建立的分数阶冻土蠕变模型不能反映冻土蠕变加速阶段,将损伤因子引入建立的分数阶蠕变模型,建立人工冻土分数阶损伤蠕变模型。对比分析分数阶蠕变模型计算值与试验值,表明该模型能够很好地反映人工冻结黏土在稳定蠕变阶段、加速蠕变阶段变形发展特点。建立的S-M分数阶蠕变模型参数少、易于确定且有一定的物理意义,便于工程应用。     

排土场工后沉降及蠕变规律

采用Burgers模型对排土场散粒体蠕变的减速蠕变和等速蠕变两阶段进行描述,利用分层总和法的思想,将垂直填筑的排土场进行分层处理,底层在上覆“自重”变荷载作用下发生沉降变形,分别采用定常和非定常Burgers蠕变模型从理论解析角度推导排土场填筑动态过程中沉降、工后沉降及累计沉降计算公式.以齐大山铁矿排土场监测数据进行实例验算,应用结果表明：非定常Burgers模型和定常Burgers模型拟合的相关系数均较高,非定常Burgers模型沉降最终收敛于5.07 m,定常Burgers模型沉降曲线具有发散性,可见非定常Burgers模型能更好地表述排土场沉降真实工况;将排土场分为十个分层,结合FLAC3D软件的蠕变数值分析计算,得出各单层沉降率的变化规律,即各单层工后沉降量上层沉降值小于下层和中间层,且上层沉降量呈现单调递减变化,越接近排土场顶部单层沉降量越小;中间层沉降量相对下层沉降量要大,其中第5单层的沉降量最大.     

原状黄土一维蠕变试验及蠕变模型

中国高速公路银百线陕西境段的控制性工程支党河特大桥经过黄土大沟壑地区,区内存在一大型HP15古滑坡体,从长期角度看可能对桥梁后期稳定性存在威胁,为合理制定防范措施,需要研究黄土的长期蠕变特性.基于该工程面临的实际难题,开展了HP15滑坡体原状黄土在不同应力状态和含水率下的单轴蠕变特性实验,建立了基于Burgers模型的单因素、双因素元件蠕变模型,并通过实验数据曲线拟合的方式建立了考虑时间、含水率和应力状态的3因素经验蠕变模型,扩展了蠕变模型的适用范围,进一步提高了模型对实验黄土蠕变特性的表达,同时也为该黄土边坡的长期损伤防治提供实验基础和理论指导.