膨脹土干濕循環(huán)試驗和超固結性與結構性本構模型研究.pdf

1、膨脹土對在其分布區(qū)域內的工程建設產(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災害。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特性的本構模型對膨脹土區(qū)域的工程建設有著重要的理論和實際意義。為此,本文以南寧膨脹土的原狀樣、重塑樣、干濕循環(huán)樣為試驗對象,對其做了相關的基本物理力學試驗和一維固結試驗研究,然后建立了反映膨脹土

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

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

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

5、一般規(guī)律。同時,該模型能準確描述Boom原狀黏土與Fujinomori黏土的應力-應變的非線性、應變軟化以及峰值強度與殘余強度等特征。此外,該模型相對Nakai和Hinokio模型能更準確地反映主應力旋轉效應的影響。
　　本文通過建立考慮超固結性、結構性影響的本構模型,擴充了有限元軟件的材料子程序庫,為文中的兩個本構模型在實際工程中的應用奠定了基礎,隨著對膨脹土超固結性、結構性的進一步科學的定性定量研究,上述兩個本構模型的實際應用