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．     

软土蠕变特性室内试验研究

为了研究杭甬高速铁路所经过地区的软黏土蠕变特性,利用改进的三轴蠕变仪,进行不同围压下三轴固结不排水蠕变试验.试验结果表明:该海相软土具有显著的非线性蠕变特性,偏应力水平越高,非线性程度越大;不同围压下软土的屈服应力不同,当应力水平低于屈服应力时,软黏土蠕变特性表现为线性黏弹性;当应力水平高于屈服应力时,软黏土的蠕变性状表现出显著的非线性黏塑性.故该软黏土的蠕变同时具有弹性、黏弹性及黏塑性特征,可将所研究的软黏土视为弹-黏弹-黏塑性体.     

考虑系数非定常性的成都黏土非线性蠕变本构模型

为了研究成都黏土蠕变规律,展开固结不排水三轴蠕变试验,分析了成都黏土变形的非线性特性及参数的非定常特性。结果表明：当应力小于黏土屈服强度时,蠕变以线性变形为主,包括瞬时弹性变形和黏弹性变形;当应力大于屈服强度时,蠕变以非线性变形为主,包括黏弹塑性变形,具有显著的非线性特性;蠕变过程中,黏土的弹性模量和黏滞系数均为应力和时间的函数,具有显著的非定常特性。结合元件模型理论和分数阶导数模型理论的优点,构建了考虑弹性模量和黏滞系数非定常特性的成都黏土非线性蠕变本构模型,并对模型进行了拟合验证分析,发现蠕变模型对蠕变各阶段的拟合度较高,充分发挥了元件模型和分数阶导数模型的优点,可以很好地反映成都黏土的蠕变全过程。     

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。     

纤维加筋黄土的三轴蠕变试验研究

进行了纤维加筋黄土的三轴固结排水蠕变试验,通过对初始含水率、加筋率和围压的不同控制,分析了加筋黄土的蠕变特性,得到了以下几点结论:在黄土中掺入玄武岩纤维可以有效改善黄土试样的蠕变情况,蠕变变形的抑制效果与加筋率没有明显单调关系,存在最优加筋率;随着含水率的升高,加筋土的蠕变变形增大,加筋效果降低,偏应力越大该现象越明显;随着围压的增大,加筋黄土的蠕变变形降低,加筋效果增大,偏应力越大,该现象越明显;以Mesri蠕变模型为基准,对试验曲线进行模拟,计算出模型各参数,经验证,纤维加筋黄土的三轴蠕变特性可以用Mesri模型拟合。     

折线应力路径条件下粉质黏土力学特性试验研究

为了探究先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的变形规律、孔压变化以及强度指标，以济南市某隧道附近的粉质黏土原状土样为研究对象，采用K₀固结先侧向卸荷后轴向加荷不排水剪切试验，并在卸荷阶段选取3个不同的卸荷比，模拟先基坑开挖后坑边大吨位吊装特殊工况下的应力路径，然后进行等压固结不排水常规三轴剪切试验和K₀固结侧向卸荷不排水剪切试验，并对比3种试验结果。结果表明：先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下的偏应力-轴向应变试验曲线为非线性曲线，粉质黏土的破坏强度与卸荷量有关，卸荷量越大，则破坏强度越小；减围压阶段产生负孔压，轴向加压阶段孔压随着轴向应变的增加呈先增大后减小的趋势，在同一初始固结围压下，粉质黏土的卸荷比越小，则剪切时产生的最大孔压越大；先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的卸荷比越大，则有效黏聚力越大，有效内摩擦角越小，与等压固结不排水常规三轴剪切试验相比，有效内摩擦角偏小，有效黏聚力随卸荷比的不同而偏大或偏小。     

与应力相关的软土蠕变本构模型的建立和应用

天津滨海地区软土层深厚且沉积时间短,故蠕变特性显著,修建于其上的各类型建筑物沉降历时时间长,准确预测地基的最终沉降量成为工程设计的难题.针对天津滨海软土开展了一系列三轴固结蠕变试验,得到了不同围压与应力水平下的应变-时间曲线.提出了与围压和应力水平相关联的Merchant模型参数的确定方法,揭示了模型中3个参数在相同围压下随着应力水平的增大而近似呈线性减小的规律.以此为基础,建立了反映时间效应的天津滨海软土三维非线性黏弹性蠕变本构模型,开发了有限元子程序.与实际工程的观测资料对比表明,该蠕变模型能有效模拟不同施工阶段路堤沉降量的非线性发展过程与沉降速率的变化规律.     

吹填土热力固结和强度特性试验研究

揭示温度对吹填土固结和强度特性的影响,对合理评价热真空预压加固效果具有重要意义.通过自主研发的温控三轴仪,系统开展了吹填土的热力固结和强度试验研究.重点分析了不同温度下吹填土的排水体积、渗透系数、孔隙水压力和固结度的演化规律,研究了固结后吹填土在排水和不排水条件下有效应力路径和应力应变关系,提出了考虑不同温度的邓肯-张模型参数.结果表明,升温过程中,土体固结变形存在明显的三阶段特征:快速增加阶段、缓慢增加阶段和稳定阶段.排水量呈指数关系增长,渗透系数线性增长,孔隙水压力消散加快,固结度逐渐增大,吹填土排水与不排水抗剪强度均显著提高.不排水条件下CSL线斜率M值大于排水条件下M值.升温不排水条件下吹填土有效球应力p′值基本维持不变,升温排水条件下吹填土偏应力q随着球应力p线性增加.确定了不同温度条件下邓肯-张模型参数,提出升温不排水条件下,可采用邓肯-张模型来描述应力应变关系,但在升温排水条件下,可采用邓肯-张模型和线性模型综合反映应力应变关系.     

尺寸效应对吹填软土固结特性影响的试验研究

利用改装后的固结仪,针对天津地区真空预压处理后的吹填软土,开展了一系列固结特性试验研究,着重研究了试样尺寸对吹填软土固结特性的影响.结果表明,不同尺寸试样的e-lg,p曲线均表现为结构较完整、结构破坏、趋于重塑土3个阶段;在同一等级荷载作用下,稳定应变随着试样高度的增加而线性减小;固结系数和次固结系数均随荷载先增大后减小,最后趋于稳定,固结系数的峰值随着试样尺寸的增大而减小,次固结系数的峰值则相反.基于试验结果建立了一维应变预测模型,模型考虑了尺寸效应,具有参数少、易确定的优点.     

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.     

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。     

离子型稀土矿体蠕变特性及模型研究

为研究离子型稀土矿体蠕变特性,基于GDS三轴试验系统,对原状矿样进行不同围压和含水率下的三轴蠕变试验。结果发现:偏应力水平不超过50%,矿样主要发生衰减蠕变变形,且以瞬时弹性变形为主,蠕变变形量很小,矿样处于稳定状态。当偏应力水平达到70%,矿样发生非稳定蠕变,在经历减速蠕变和等速蠕变后,变形迅速发展,矿样在短时间内破坏。围压和含水率对离子型稀土矿体在加速蠕变阶段的变形特性影响显著,围压越小,矿样越早进入加速蠕变阶段,发生破坏的时间越短;含水率越大,矿样破坏时变形量越大,强度降低越明显。基于蠕变试验数据,分别探讨Burgers模型、西原正夫模型以及幂函数模型的适用性;并且在Burgers模型基础上引入非线性黏滞元件,建立一种新的非线性黏弹塑性模型。该模型能较好描述离子型稀土矿体蠕变全过程。     

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.     

杭州湾淤泥质粉质黏土排水蠕变试验及元件蠕变模型

为研究滨海地区软黏土的蠕变特性,选取杭州湾淤泥质粉质黏土,开展了一系列100～400 kPa围压的三轴固结排水蠕变试验,分析了不同偏应力状态下的蠕变规律.采用Merchant模型与Burgers模型对土样的蠕变行为进行预测分析,并将预测结果与蠕变试验结果进行对比.结果表明,在不同围压作用下,淤泥质粉质黏土主固结变形比均...     

模拟K0固结后不同初始围压下冻土应力-应变特性研究

通过对经历K0固结后再冻结的冻结兰州黄土进行三轴压缩试验,分析了K0固结后冻土在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为,并利用Duncan-Chang双曲线模型研究了K0固结后冻土的初始切线模量和偏主应力最大值与围压、温度的关系.结果发现:围压和温度的变化是影响深部冻土抵抗变形能力的主要因素;初始切线模量随围压的升高而线性增大,但受温度影响不太明显;当温度恒定时,偏主应力最大值随围压的升高而线性增大;当围压恒定时,偏主应力最大值又随温度的降低而增高.最后,对模型预测曲线与实测曲线进行了对比,验证了应用Duncan-Chang双曲线模型对K0固结后冻结土体在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为进行预测的可靠性.     

吹填土真空固结变形特性的室内试验

为了研究吹填土在真空预压作用下的固结特性和应力应变关系,设计了室内试验装置.在该装置中,吹填土作为一个土单元进行真空固结,通过测量该吹填土体单元在分级真空荷载作用下的体应变和轴向应变过程来研究吹填土的固结变形特性.试验结果表明,吹填土在真空荷载作用下的固结为等向固结,土体的变形各向同性.各级真空荷载作用下,土体的体应变和轴向应变与真空压力之间呈双曲线关系,孔隙比和真空压力的对数之间呈线性关系,且与初始含水率无关.分级荷载下固结时间和变形量表明,超软土在初始阶段的固结在整个固结过程中占据主导作用.试验结果可用于建立吹填软土在真空荷载作用下的应力应变关系和预测真空加固吹填土的固结沉降值.     

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.     

三轴试验条件下城市生活垃圾土的变形强度特性

在实验室对现场钻取的垃圾土样进行成分分析和试样制备,考虑填埋场内垃圾土的实际状态,采用三轴试验从试样尺寸、固结方式和应力路径等3个方面系统研究了垃圾土的变形和强度特性,试验结果表明：(1)直径分别为40mm和100mm两种尺寸的垃圾土试样的应力-应变关系具有相同的变化规律,偏应力随着轴向应变的增加逐渐增大,应变水平较大时应力-应变曲线呈上翘形状,应变超过30%仍没有出现屈服或达到峰值的迹象;轴向应变相同时,偏应力随着围压的增加而增大;轴向应变和围压都相同时,相比小尺寸试样,较大尺寸试样的抗剪强度较小.(2)得到了垃圾土的抗剪强度参数随轴向应变的线性表达式,小尺寸试样的黏聚力和内摩擦角分别约为较大尺寸试样的1.48倍和1.16倍.(3)等压固结、各向异性固结和K₀固结(3种固结方式的侧向土压力系数k分别为1.0、0.54和0.29)试验所得垃圾土的偏应力增量随着k值的减小而略有减小.(4)轴压不变围压逐渐减小的卸载试验结果表明,垃圾土的偏应力-轴向应变曲线类似双曲线形状,围压越大偏应力越大;围压减小到0后轴压持续增加的加载试验结果表明,垃圾土的偏应力-轴向应变曲线同...     

软土非线性流变特性的试验研究及成果分析

针对广州南沙原状软土进行一系列室内试验研究,探讨了软土非线性流变变形特性.所做试验包括:不考虑预压荷载的固结试验、考虑预压荷载的固结试验、分别加荷的固结试验、不同排水条件下的三轴蠕变试验等.试验结果表明:次固结系数主要受到先期固结压力pc的影响,当ppc时,次固结系数Cα表现出不同的变化规律;经预压处理后土样的次固结系数Cα与预压力pp密切相关;同一荷载下,分级加荷的变形量大于分别加荷的变形量;排水条件和加荷速率对蠕变变形有很大的影响.     

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。