飽和軟粘土的流變和循環(huán)流變特性研究.pdf

1、當前，隨著交通的日益繁忙，軟粘土路基的沉降問題已經引起人們的廣泛關注，如何控制和減少軟粘土路基的長期沉降已經成為道路工程界和巖土工程界共同關注的熱點問題。但由于長期以來道路工程土力學和傳統(tǒng)的巖土工程土力學作為兩個不同學科而各自發(fā)展，導致現行道路設計還主要依靠經驗方法，而傳統(tǒng)土力學中的以彈塑性理論為核心的本構模型理論在道路工程中很少涉及。從而使路基軟粘土的變形機理得不到充分了解，進而不能采取合理和有效的方法來控制和減小路基的沉

2、降。本文以傳統(tǒng)巖土工程土力學為出發(fā)點，較為系統(tǒng)地總結了飽和軟粘土在循環(huán)荷載和流變作用下的變形機理，建立了能夠合理描述軟粘土承受循環(huán)流變作用下的本構模型，從而為下一步探索控制和減少長期沉降的有效途徑提供可靠的理論依據。因此，本課題具有重大的理論意義和工程實用價值。本課題取得了如下創(chuàng)新性的研究成果：1.在試驗室內運用CSS-2901TS型土體三軸流變試驗機，對上海第4層淤泥質軟粘土進行了長期流變和循環(huán)流變試驗，得出其在不同圍壓

3、、不同偏壓和不同動應力作用下的變形規(guī)律，發(fā)現圍壓相同時，偏壓比大，試樣的流變變形大，而偏壓比相同時，圍壓大，流變變形也大。循環(huán)流變試驗總體規(guī)律和流變試驗相同，但有兩點也需要特別注意，第一，循環(huán)加載作用下的變形不僅僅與循環(huán)動應力有關，還與初始靜應力有關，即初始靜應力大而循環(huán)動應力小的可能比初始靜應力小而循環(huán)動應力大的循環(huán)累積變形大；第二，在長時間施加較大的循環(huán)荷載后，由于試樣超固結比較大，導致試驗在接下來的流變過程中的流變變

4、形被抑止。2.基于邊界面模型的基本框架，建立了一個適用于正常固結和超固結重塑粘土的邊界面彈粘塑性本構模型。該模型吸收了Borja系列模型、Kutter和Sathialingam模型以及Al-Shamrani和Sture模型的優(yōu)點，采用滯后變形的思想，將總變形分為彈性變形、瞬時塑性變形和滯后粘塑性變形三部分，其中彈性變形和瞬時塑性變形運用經典彈塑性理論來計算，而滯后變形又進一步可以分為體積蠕變和剪切蠕變，體積蠕變采用Taylo

5、r公式來計算，剪切蠕變則由體積蠕變反算得到，模型中的隱式蠕變時間采用Borja(1992)方法來計算。由于邊界面的引入，本文模型不僅可以描述正常固結土的流變，還可以描述超固結圖的流變。另外，本模型參數較少，且大部分參數物理意義明確，在巖土工程中經常采用，為廣大巖土工程界所熟悉。通過對多種粘土的多組試驗結果的模擬，表明所提出的本構模型具有較好的預測能力和較為廣泛的適用性。3.為了模擬路基軟粘土所承受的循環(huán)流變特性，首先對以廣義

6、劍橋模型屈服面為邊界面的邊界面粘塑性模型的插值函數進行改進，提出了一個新邊界面模型，使其更適合描述土體的循環(huán)變形特性，并用Li等(2002)試驗結果驗證了這個新模型的合理性。然后根據新建立的邊界面模型，對邊界面流變模型這個靜力模型進行改進，使其不僅能單獨考慮土體的流變效應和循環(huán)加卸載效應，還能考慮交通荷載作用下軟粘土路基的在循環(huán)荷載和流變耦合作用下的變形特性。該模型由于是在邊界面流變模型的基礎上發(fā)展起來的，故保留了邊界面流