膨脹土干濕循環(huán)試驗(yàn)和超固結(jié)性與結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型研究.pdf

1、膨脹土對在其分布區(qū)域內(nèi)的工程建設(shè)產(chǎn)生不利影響。例如,在濕熱交替頻繁氣候條件下膨脹土路基的不均勻沉陷、隆起和開裂,膨脹土邊坡的滑溜、坍塌及滑坡,膨脹土地基上房屋的開裂等工程地質(zhì)災(zāi)害。因此,研究膨脹土在干濕循環(huán)條件下的壓縮特性和建立能夠反映膨脹土力學(xué)特性的本構(gòu)模型對膨脹土區(qū)域的工程建設(shè)有著重要的理論和實(shí)際意義。為此,本文以南寧膨脹土的原狀樣、重塑樣、干濕循環(huán)樣為試驗(yàn)對象,對其做了相關(guān)的基本物理力學(xué)試驗(yàn)和一維固結(jié)試驗(yàn)研究,然后建立了反映膨脹土

2、超固結(jié)性的本構(gòu)模型和反映膨脹土超固結(jié)性、結(jié)構(gòu)性的本構(gòu)模型。隨后利用有限元分析軟件的子程序接口編制了對應(yīng)于上述模型的材料子程序,建立了適用于超固結(jié)土、結(jié)構(gòu)性土的數(shù)值模擬平臺?；跀?shù)值模擬平臺進(jìn)行了一系列數(shù)值模擬試驗(yàn),驗(yàn)證了上述模型以及對應(yīng)子程序的精度與穩(wěn)定性。最后,對比本文模型和其他模型模關(guān)于 Fujinomori黏土與 Boom黏土的模擬結(jié)果及試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　上述試驗(yàn)研究表明,干濕循環(huán)效應(yīng)使得膨脹土產(chǎn)生了一種特殊的結(jié)構(gòu)性,該結(jié)構(gòu)性

3、對膨脹土壓縮特性的影響與結(jié)構(gòu)性對土壓縮特性的影響相反,故此在本文中被稱為“負(fù)結(jié)構(gòu)性”,具體表現(xiàn)為:膨脹土循環(huán)樣在固結(jié)壓力小于―負(fù)結(jié)構(gòu)性‖屈服應(yīng)力之前,壓縮性不受干濕循環(huán)效應(yīng)的影響;當(dāng)固結(jié)壓力大于該應(yīng)力時(shí),壓縮性隨―負(fù)結(jié)構(gòu)性‖的衰減而增強(qiáng);在―負(fù)結(jié)構(gòu)性‖隨固結(jié)壓力的增加被完全破壞后,壓縮性不再受干濕循環(huán)效應(yīng)的影響。
　　在本構(gòu)模型研究方面,針對膨脹土的超固結(jié)性本文建立了改進(jìn)超固結(jié)狀態(tài)參量下負(fù)荷面模型。該模型能夠準(zhǔn)確描述超固結(jié)土在三軸

4、壓縮試驗(yàn)過程中的孔隙比與有效應(yīng)力變化規(guī)律、變形特征、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系等特性,且能更為連續(xù)平滑地模擬實(shí)際超固結(jié)土的彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。同時(shí),該模型相對UH模型能夠更準(zhǔn)確地刻畫重超固結(jié)Fujinomori黏土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、應(yīng)變軟化以及峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度等特征。
　　為反映超固結(jié)性與結(jié)構(gòu)性對膨脹土的影響,本文建立了改進(jìn)狀態(tài)變量上下負(fù)荷面模型。該模型模擬的應(yīng)力路徑、超孔隙水壓力變化、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系等完全符合超固結(jié)土及結(jié)構(gòu)性土力學(xué)行為的

5、一般規(guī)律。同時(shí),該模型能準(zhǔn)確描述Boom原狀黏土與Fujinomori黏土的應(yīng)力-應(yīng)變的非線性、應(yīng)變軟化以及峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度等特征。此外,該模型相對Nakai和Hinokio模型能更準(zhǔn)確地反映主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響。
　　本文通過建立考慮超固結(jié)性、結(jié)構(gòu)性影響的本構(gòu)模型,擴(kuò)充了有限元軟件的材料子程序庫,為文中的兩個(gè)本構(gòu)模型在實(shí)際工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),隨著對膨脹土超固結(jié)性、結(jié)構(gòu)性的進(jìn)一步科學(xué)的定性定量研究,上述兩個(gè)本構(gòu)模型的實(shí)際應(yīng)用