軟黏土的流變特性及流變參數(shù)統(tǒng)一性研究.pdf

1、軟黏土廣泛分布于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和城市化快速發(fā)展的濱海沿江地區(qū)，其復(fù)雜的物理力學(xué)特性對(duì)這些地區(qū)大型巖土工程的設(shè)計(jì)施工提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。流變特性是軟黏土的重要特征，也是影響軟弱地基及工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期沉降和穩(wěn)定性的主要因素，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究具有重要的理論價(jià)值和工程意義。目前對(duì)于軟黏土流變特性的研究主要是對(duì)其加載速率、蠕變和應(yīng)力松弛等特性分開展開的，雖然流變特性在宏觀上表現(xiàn)出不同的力學(xué)行為，但是這些力學(xué)行為實(shí)際上是由土體的黏性本質(zhì)決定的，理論上

2、講它們應(yīng)該是具有統(tǒng)一性的。因此，有必要確定不同力學(xué)表現(xiàn)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，建立統(tǒng)一的流變模型。
　　本文結(jié)合大量不同軟黏土的試驗(yàn)，研究了軟黏土的流變特性和流變參數(shù)的統(tǒng)一性。建立了軟黏土加載速率參數(shù)的統(tǒng)一性和不同流變特性（即強(qiáng)度的加載速率效應(yīng)、蠕變及應(yīng)力松弛）的統(tǒng)一性；探討了軟黏土的各向異性流變特性和流變參數(shù)的非線性演變規(guī)律；最終提出了考慮流變參數(shù)統(tǒng)一性和非線性的彈黏塑性本構(gòu)模型。本文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1.結(jié)合多地區(qū)不

3、同軟黏土的加載速率試驗(yàn)，研究了黏土加載速率效應(yīng)特性在不同應(yīng)力條件下的統(tǒng)一性。總結(jié)一維壓縮和三軸剪切條件下5個(gè)加載速率效應(yīng)方程及其關(guān)鍵參數(shù)，并結(jié)合大量試驗(yàn)結(jié)果，確定了適用于描述軟黏土先期固結(jié)壓力和不排水強(qiáng)度加載速率效應(yīng)的表達(dá)形式，建立了軟黏土加載速率參數(shù)在一維壓縮和三軸壓縮、三軸壓縮與三軸伸長(zhǎng)、不同超固結(jié)度（OCR）條件下的統(tǒng)一性。以上海黏土為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)一維等加載速率壓縮（CRS）試驗(yàn)、三軸變加載速率壓縮和伸長(zhǎng)試驗(yàn)以及不同OCR條件下

4、三軸變速率壓縮試驗(yàn)，驗(yàn)證了軟黏土加載速率效應(yīng)特性的統(tǒng)一性，并確定了上海黏土的加載速率參數(shù)變化范圍。
　　2.通過(guò)推導(dǎo)應(yīng)力松弛系數(shù)的解析表達(dá)式，建立了軟黏土不同流變特性參數(shù)的統(tǒng)一性。在歸納總結(jié)試驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)基于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)的應(yīng)力松弛系數(shù)?；诩虞d速率效應(yīng)的黏彈塑性本構(gòu)方程，推導(dǎo)了應(yīng)力松弛過(guò)程中應(yīng)力隨時(shí)間演變的解析表達(dá)式，確定了應(yīng)力松弛系數(shù)與加載速率系數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性。結(jié)合次固結(jié)系數(shù)，建立加載速率系數(shù)、次固結(jié)系數(shù)和應(yīng)力松弛系

5、數(shù)的統(tǒng)一性關(guān)系。通過(guò)試驗(yàn)確定上海黏土的應(yīng)力松弛系數(shù)和次固結(jié)系數(shù)，結(jié)合前述加載速率系數(shù)，驗(yàn)證了不同流變特性參數(shù)的統(tǒng)一性規(guī)律。
　　3.通過(guò)加載方向與天然沉積面呈不同角度的一維蠕變?cè)囼?yàn)，研究了典型黏土的流變各向異性特征。分別對(duì)三類黏土（上海黏土、溫州黏土和舟山黏土）進(jìn)行了試驗(yàn)，探討了次固結(jié)系數(shù)和應(yīng)力松弛系數(shù)隨試樣角度演變特性。結(jié)果表明：高塑性黏土流變參數(shù)具有明顯的各向異性特性；應(yīng)力低于先期固結(jié)壓力時(shí)，黏土顆粒初始組構(gòu)對(duì)流變參數(shù)的影響較

6、為顯著；流變參數(shù)的各向異性隨著應(yīng)力增長(zhǎng)而逐漸消失。
　　4.根據(jù)軟黏土蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果和土體的物理力學(xué)指標(biāo)，研究了軟黏土的流變參數(shù)非線性特征。根據(jù)重塑黏土的試驗(yàn)結(jié)果，提出了反映次固結(jié)系數(shù)隨土體壓密演變規(guī)律的蠕變函數(shù)。根據(jù)原狀土結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程中含水率和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化對(duì)次固結(jié)系數(shù)的影響，建立了能夠同時(shí)反映土體壓密和結(jié)構(gòu)破壞的次固結(jié)系數(shù)表達(dá)函數(shù)，并提出了基于液塑限的材料常數(shù)計(jì)算方法。采用該方法分別計(jì)算不同重塑與原狀黏土的次固結(jié)系數(shù)，與試驗(yàn)值的比

7、較結(jié)果驗(yàn)證了本文所提出次固結(jié)系數(shù)非線性表達(dá)函數(shù)的合理性和有效性。
　　5.考慮流變參數(shù)統(tǒng)一性和流變非線性特性，提出了改進(jìn)的非線性彈黏塑性模型（EVP-Nonlinear），并進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。利用黏土流變參數(shù)的統(tǒng)一性規(guī)律，提出了根據(jù)蠕變?cè)囼?yàn)、加載速率試驗(yàn)和應(yīng)力松弛試驗(yàn)確定彈黏塑性模型中流變參數(shù)的方法，拓展了流變參數(shù)取值渠道。通過(guò)嵌入考慮黏土流變參數(shù)非線性演變的表達(dá)函數(shù)，改進(jìn)了非線性彈黏塑性模型。從收斂性和實(shí)用性角度，對(duì)比基于超應(yīng)力理論