膨脹土非線性剪切應(yīng)力松馳特性試驗研究.pdf

1、膨脹土在長期荷載作用下的剪切應(yīng)力松弛問題是其流變特性研究的主要內(nèi)容之一。由于膨脹土的粘粒含量高、塑性指數(shù)大，其流變特征非常明顯。此外，膨脹土本身具有吸水體積膨脹、強度下降，失水體積收縮、強度部分恢復(fù)的特性，使其流變的特征較一般軟土而言更具復(fù)雜性。因此，開展這方面的研究，探索膨脹土在長期荷載作用下的剪應(yīng)力松弛模型、松弛規(guī)律及應(yīng)力松弛條件下的長期抗剪強度發(fā)展規(guī)律具有比較重要的理論價值。通過相關(guān)研究，可為膨脹土工程的應(yīng)力、強度、變形和穩(wěn)定分析

2、提供相對可靠的理論依據(jù)，為治理膨脹土滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害奠定理論基礎(chǔ)。本文在國內(nèi)外已有的研究基礎(chǔ)上，以廣西南寧非飽和膨脹土為研究對象，依托國家自然科學(xué)基金資助項目“膨脹土非線性流變特性研究”（項目編號:50978097），以及湖南省科技廳資助項目“膨脹土非線性流變特性本構(gòu)模型研究”（項目編號:2010SK3047），開展了對膨脹土非線性剪切應(yīng)力松弛特性的研究。通過一系列室內(nèi)剪切應(yīng)力松弛試驗研究，以及理論分析和數(shù)值分析，探討了不同初始條

3、件下的膨脹土剪切應(yīng)力松弛特性，取得了以下幾個方面的主要結(jié)論及創(chuàng)新成果:
　　 1、剪切應(yīng)力松弛試驗研究:
　　 ①在不同初始條件下，膨脹土具有相似的應(yīng)力松弛規(guī)律，剪切應(yīng)變剛加上時，剪切應(yīng)力快速衰減，隨著時間的增加，應(yīng)力松弛速率逐漸減小，剪切應(yīng)力逐漸衰減至某一穩(wěn)定值，屬于非完全松弛型。
　　 ②膨脹土的松弛曲線都可以明顯的分成三個階段:瞬時松弛階段、衰減松弛階段、穩(wěn)定松弛階段。
　　 ③不同初始條件下的，不

4、同時刻的剪切應(yīng)力-應(yīng)變等時關(guān)系曲線都是非線性的曲線，說明南寧膨脹土具有明顯的非線性流變特性，的確是一種彈、粘、塑性體。
　　 ④膨脹土的應(yīng)力松弛特性與初始剪切應(yīng)變、含水率、豎向荷載等有關(guān)。含水率越高，或者豎向荷載越小，或者初始應(yīng)變越大，或者時間越長，則膨脹土的流變特性及其非線性程度就越高。
　　 2、剪切應(yīng)力松弛理論模型研究:
　　 通過對膨脹土的剪切應(yīng)力松弛特性的分析，選取了H—(H|N)—(N|V)五元件模型

5、及其松弛方程來描述膨脹土的剪切應(yīng)力松弛特性，經(jīng)驗證，其理論值與試驗值有較好的吻合度，該模型能較好地反映出南寧膨脹土的應(yīng)力松弛過程中剪切應(yīng)力隨時間衰減的規(guī)律，具有一定的工程應(yīng)用價值。
　　 3、非線性剪切應(yīng)力松弛特性經(jīng)驗?zāi)Ｐ脱芯?
　　 通過改進剪切應(yīng)力對數(shù)與時間對數(shù)的線性關(guān)系建立了非線性應(yīng)力松弛經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，并與五元件理論模型進行了對比。非線性經(jīng)驗?zāi)Ｐ驮谒p松弛階段的擬合效果更好。非線性經(jīng)驗?zāi)Ｐ涂紤]了應(yīng)變水平對應(yīng)力松弛的影響

6、，直觀地反映了南寧膨脹土的非線性應(yīng)力松弛特性，更加符合工程實際，可為膨脹土非線性應(yīng)力松弛問題的計算分析提供比較可靠的理論依據(jù)。
　　 4、膨脹土長期抗剪強度方程的研究:
　　 基于膨脹土的剪切應(yīng)力松弛試驗，建立了膨脹土的長期抗剪強度及其強度指標（粘聚力和內(nèi)摩擦角）的經(jīng)驗方程。通過數(shù)值分析確定相關(guān)參數(shù)后，比較理論值與試驗值的吻合度，驗證了其可靠性、合理性。可以為膨脹土地區(qū)中，各類巖土工程的穩(wěn)定性計算分析提供相關(guān)的理論依據(jù)及