凍結弱膨脹土力學特性及分數階導數模型研究.pdf

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

2、礎上，采用遺傳算法對所建立的分數階導數伯格斯模型進行全局優(yōu)化。對淮南地區(qū)弱膨脹土進行了試驗，試驗主要包括三個因素五個水平的人工凍土單軸抗壓強度正交試驗和三個溫度三種加載系數條件下的人工凍土單軸蠕變試驗。取得的主要結論有:
　　1.在安徽理工大學研制的WDT-100型凍土單軸試驗機上操作凍結弱膨脹土試樣的單軸壓縮試驗，得出在不同負溫、加載速率、含水率三因素條件下的單軸抗壓強度變化情況并建立相關模型，最后通過正交試驗，利用正交試驗極差

3、和方差分析法分析得出凍結弱膨脹土試樣單軸抗壓強度對各因數的敏感性。通過大量的凍結膨脹土試驗，得出這些影響因素影響因素與彈性模量的關系。并對單軸應力-應變曲線擬合對比得知指數函數σ=a(1-e-bε)更合適用于描述凍結弱膨脹土的應力-應變關系。
　　2.不同的固體蠕變模型根據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。通過對廣義開爾文模型和伯格斯模型對比，得出凍結弱膨脹土的最優(yōu)單軸蠕變模型，即伯格斯模型能

4、夠更好的模擬凍結膨脹土的單軸蠕變曲線。
　　3.通過伯格斯模型擬合試驗數據的結果與所構建的分數階導數伯格斯模型的擬合結果以及試驗數據結果的比較可知，雖然兩個模型方程都能較好的表達凍結弱膨脹土的蠕變特性，但分數階導數伯格斯模型能更好地反映人工凍結膨脹土的蠕變規(guī)律，相關系數均大于0.99，且隨著加載時間的延長，擬合的曲線更加接近實際結果。
　　本文得出凍結弱膨脹土單軸抗壓強度特征及其影響因數的敏感性，建立的分數階導數伯格斯模型可