膨脹土非線性流變特性試驗研究.pdf

1、膨脹土是在自然地質(zhì)過程中形成的一種多裂隙、吸水膨脹、失水收縮,并具有顯著脹縮特性的土層,是一種具有明顯流變特性的災(zāi)害性軟土。因此開展對于膨脹土非線性流變特性的研究,探討其考慮時間因素的本構(gòu)關(guān)系,研究膨脹土的力學(xué)參數(shù)以及壓縮蠕變特性,構(gòu)建相應(yīng)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?對于開拓膨脹土的研究范圍、揭示膨脹土流變的內(nèi)在規(guī)律、科學(xué)指導(dǎo)膨脹土工程實踐、防治工程事故等方面具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。為此,本文在國內(nèi)外已有研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目(N

2、o:50978097)、湖南省自然科學(xué)基金項目(No:08JJ3092)和湖南省科技廳項目(No:2010SK3047),開展了對非飽和膨脹土體非線性流變特性的研究。通過室內(nèi)壓縮蠕變試驗、直剪蠕變試驗以及理論分析和數(shù)值分析相結(jié)合的方法,對膨脹土的非線性流變特性開展了較深入的理論和試驗研究,取得的主要結(jié)論和研究成果如下:
　　 (1)壓縮蠕變試驗研究
　　 ①通過壓縮蠕變試驗和加-卸載壓縮回彈蠕變試驗,探討了南寧非飽和膨脹

3、土在壓縮蠕變過程中的變形規(guī)律和變形型態(tài),即南寧非飽和膨脹土在壓縮蠕變中呈兩階段衰減穩(wěn)定型,在較高應(yīng)力水平下也不會出現(xiàn)加速蠕變。隨應(yīng)力水平增加,蠕變變形量增加,蠕變曲線簇呈相似發(fā)展；隨土的含水量增加,蠕變變形量增加,蠕變曲線簇亦呈相似發(fā)展。
　　 ②根據(jù)加-卸載壓縮回彈蠕變試驗結(jié)果分析了南寧非飽和膨脹土的壓縮蠕變變形成份中包含有彈性、彈塑性和粘彈性變形成份存在。在此分析的基礎(chǔ)上,建立了符合南寧非飽和膨脹土特點的壓縮蠕變模型及相應(yīng)的

4、壓縮蠕變方程。
　　 ③通過對壓縮蠕變元件模型的分析,提出了南寧非飽和膨脹土壓縮流變參數(shù)的確定方法。在此基礎(chǔ)上,研究了南寧非飽和膨脹土的非線性壓縮流變特征,并提出了相應(yīng)的非線性模型理論和分析方法。
　　 (2)剪切蠕變試驗研究
　　 ①通過剪切蠕變試驗和加-卸載剪切回彈蠕變試驗,探討了南寧非飽和膨脹土在剪切蠕變過程中的變形規(guī)律和變形型態(tài),即在低應(yīng)力水平平條件下,南寧非飽和膨脹土在直剪蠕變過程中的變形呈兩階段衰減穩(wěn)

5、定型；在較高應(yīng)力水平下呈三階段蠕變特點,最終將出現(xiàn)加速蠕變而導(dǎo)致土樣剪切角切破壞。
　　 ②研究了南寧非飽和膨脹土的剪切流變特性與土的含水量和應(yīng)力水平的關(guān)系,土體含水率越大,南寧非飽和膨脹土的剪切流變特性越明顯；作用在土體上的豎向應(yīng)力越小,土體剪切流變特性也越明顯。
　　 ③根據(jù)加-卸載剪切回彈蠕變試驗結(jié)果分析了南寧非飽和膨脹土的剪切蠕變變形成份中包含有彈性、彈塑性和粘彈性變形成份存在。在此分析的基礎(chǔ)上,建立了符合南寧非

6、飽和膨脹土特點的剪切蠕變模型及相應(yīng)的剪切蠕變方程。
　　 ④通過對剪切蠕變元件模型的分析,提出了南寧非飽和膨脹土剪切流變參數(shù)的確定方法。在此基礎(chǔ)上,研究了南寧非飽和膨脹土的非線性剪切流變特征,并提出了相應(yīng)的非線性模型理論和分析方法。
　　 (3)非線性經(jīng)驗流變模型研究:根據(jù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ头椒ê桶肜碚摪虢?jīng)驗?zāi)Ｐ头椒ǚ謩e建立了非飽和膨脹土的經(jīng)驗流變本構(gòu)模型和半理論半經(jīng)驗流變本構(gòu)模型,二者均能較好的反映非飽和膨脹土的非線性流變特性,

7、且在工程實際中,為膨脹土非線性流變問題的計算分析提供了理論依據(jù)。
　　 (4)非飽和膨脹土的長期強度特性研究:根據(jù)直剪蠕變試驗結(jié)果,采用直接法對南寧非飽和膨脹土剪應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系等時曲線進行分析,探討了非飽和膨脹土在不同豎向應(yīng)力作用下的長期強度特性,并提出了確定土的長期強度的方法。
　　 (5)非飽和膨脹土流變特性的數(shù)值分析:根據(jù)理論和試驗研究所得到的流變模型和本構(gòu)方程,提出了相應(yīng)的數(shù)值分析方法。通過數(shù)值分析,驗證了理論模