凍結(jié)弱膨脹土力學(xué)特性及分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)模型研究.pdf

1、由于弱膨脹土的特殊性及其對(duì)工程具有危害性，對(duì)常溫下弱膨脹土的力學(xué)特性進(jìn)行了較深入的研究，但對(duì)弱膨脹土的低溫力學(xué)特性的研究還很不夠，尤其是對(duì)凍結(jié)弱膨脹土強(qiáng)度的影響因數(shù)和蠕變特性及破壞特征的研究。針對(duì)富含弱膨脹土地區(qū)的地下工程采用凍結(jié)法施工所涉及的問題，原有的凍融土力學(xué)不能完全適用，如凍結(jié)弱膨脹土強(qiáng)度、蠕變變形規(guī)律以及本構(gòu)模型等。本文利用分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)理論和經(jīng)典粘彈性理論，建立了人工凍土的蠕變模型進(jìn)行了分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)伯格斯模型的推導(dǎo)，并在前人研究基

2、礎(chǔ)上，采用遺傳算法對(duì)所建立的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)伯格斯模型進(jìn)行全局優(yōu)化。對(duì)淮南地區(qū)弱膨脹土進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)主要包括三個(gè)因素五個(gè)水平的人工凍土單軸抗壓強(qiáng)度正交試驗(yàn)和三個(gè)溫度三種加載系數(shù)條件下的人工凍土單軸蠕變?cè)囼?yàn)。取得的主要結(jié)論有:
　　1.在安徽理工大學(xué)研制的WDT-100型凍土單軸試驗(yàn)機(jī)上操作凍結(jié)弱膨脹土試樣的單軸壓縮試驗(yàn)，得出在不同負(fù)溫、加載速率、含水率三因素條件下的單軸抗壓強(qiáng)度變化情況并建立相關(guān)模型，最后通過正交試驗(yàn)，利用正交試驗(yàn)極差

3、和方差分析法分析得出凍結(jié)弱膨脹土試樣單軸抗壓強(qiáng)度對(duì)各因數(shù)的敏感性。通過大量的凍結(jié)膨脹土試驗(yàn)，得出這些影響因素影響因素與彈性模量的關(guān)系。并對(duì)單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線擬合對(duì)比得知指數(shù)函數(shù)σ=a(1-e-bε)更合適用于描述凍結(jié)弱膨脹土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。
　　2.不同的固體蠕變模型根據(jù)其所包含的基本元件的不同以及元件之間的連接方式不同，具有不同的適用范圍。通過對(duì)廣義開爾文模型和伯格斯模型對(duì)比，得出凍結(jié)弱膨脹土的最優(yōu)單軸蠕變模型，即伯格斯模型能

4、夠更好的模擬凍結(jié)膨脹土的單軸蠕變曲線。
　　3.通過伯格斯模型擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果與所構(gòu)建的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)伯格斯模型的擬合結(jié)果以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的比較可知，雖然兩個(gè)模型方程都能較好的表達(dá)凍結(jié)弱膨脹土的蠕變特性，但分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)伯格斯模型能更好地反映人工凍結(jié)膨脹土的蠕變規(guī)律，相關(guān)系數(shù)均大于0.99，且隨著加載時(shí)間的延長，擬合的曲線更加接近實(shí)際結(jié)果。
　　本文得出凍結(jié)弱膨脹土單軸抗壓強(qiáng)度特征及其影響因數(shù)的敏感性，建立的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)伯格斯模型可