结构性软土微观结构定量化参数的研究

目的揭示营口地区3层典型软土在固结流变过程中的微观结构变化规律.方法利用SEM图片和计算机图像处理技术,提取代表软土流变特征的微观参数,分析对比这些微观参数在固结流变过程中的变化规律.结果代表软土微观结构单元体定向性参数的变化与软土宏观蠕变变形具有良好的相关性,其中以结构单元体的概率熵和分维值的变化规律性最强.结论概率熵和分维值是研究软土的流变变形问题中两个重要的微结构参数.微结构参数与宏观流变变形有内在联系.     

固结条件下上海软土微观特征研究

为探讨上海软土固结过程中微结构变化机理,运用高分辨率场发射扫描电镜对上海第四层软土单轴固结过程中不同固结压力水平下的土样进行试验。结果表明:固结加载初期,随着固结压力的增大,软土孔隙比显著下降,土体密实度增大;平均形状系数初期显著增大,孔隙圆滑程度明显上升;孔隙概率熵显著下降,孔隙排列的定向性及有序性增强。固结加载后期,土的微观结构参数随固结压力的变化逐渐趋于平缓。在固结压力的作用下,孔隙的尺度、形态、排列等微观特征显著改变,且微观结构参数能较好地反应宏观力学性能。     

结构性软土弹塑性损伤模型及其应用

为了考虑结构性对软土工程特性的影响,引入结构损伤变量,在岩土损伤力学理论和经典的修正剑桥模型基础上建立扩展的弹塑性损伤模型,通过固结压缩试验和三轴剪切试验确定模型参数.在通用有限元软件ABAQUS平台上开发所建立的弹塑性损伤模型UMAT子程序.将所建立弹塑性损伤模型应用到室内固结压缩试验和现场堆载预压试验的数值模拟中,并与修正剑桥模型所得结果进行对比.结果表明,当荷载较低时,弹塑性损伤模型计算所得沉降小于修正剑桥模型的结果;当荷载大于结构屈服压力时,弹塑性损伤模型计算所得沉降大于修正剑桥模型的结果,即弹塑性损伤模型能够反映软土结构性的特点.     

考虑软土流变和损伤的比奥固结有限元分析

软土的变形受到流变性和结构性这两种基本特性的双重影响,计算分析中应予以同时考虑。本文基于已有的软土流变模型,提出了一种可以同时考虑这两种特性影响的软土粘弹塑性损伤本构模型,并能定量的描述原状土结构性逐步破损过程和反映施工预处理引起的初始损伤对于土体后期变形的影响。将该模型耦合Biot固结理论,导出了有限元求解方程并介绍了求解方法,编制了相应的有限元程序。结合工程实例,采用本文模型和不考虑软土流变及损伤影响的双屈服面模型分别对路基变形进行对比计算分析,验证了模型的合理性,揭示了软土地基考虑流变性及其结构性损伤在固结变形中的综合作用。     

线性流变固结模型参数的回归反演分析法

提出了一种精度高、应用方便的线性流变固结模型参数非线性拟合方法。利用大型数据处理软件ori-gin7.5自定义函数二次开发功能,依据已有流变固结解析理论编制了相应的自定义拟合函数,并对5组萧山软土一维流变固结试验数据进行了回归分析,得到了三元件和四元件流变固结模型的参数,并分析了其变化规律。采用所得参数,利用解析理论计算了试样的沉降和超静孔压,并将理论计算所得沉降和孔压曲线与试验实测曲线进行了对比。结果表明:提出的拟合方法非常有效,拟合所得萧山软土线性流变模型参数有一定的规律,且按所得参数进行理论计算的沉降值与实测值非常吻合。     

基于PFC-COMSOL联合开展软土固结细观机理研究

基于细观颗粒离散元方法建立土体细观结构性模型,依据室内试验匹配模型细观参数,采用COMSOL软件进行土体内部渗流场求解,实现PFC-COMSOL联合开展软土固结研究,最终将分析方案与室内固结试验数据进行对比。研究结果表明:PFC使用聚粒模拟絮凝状软土能较真实地再现海相软土的细观结构特性;结构性蠕变对软土固结沉降量有一定影响,软土压缩量应考虑蠕变的影响;软土固结过程中首先出现不均匀压缩,超孔压完全消散后,土体恢复均匀性。     

结构性对软土压缩特性的影响

针对同一地段的50个原状土样的试验数据进行统计分析,得出孔隙比、含水量、密度、干密度是影响软土压缩特性的重要因素。通过原状土和重塑土一维固结压缩试验,对固结系数、压缩系数、压缩模量进行分析,得出结构性对软土压缩特性有较大的影响。同时给出了压缩特性的微观行为。     

不同深度下赤湖软土变形特性分析

为了研究不同深度下的赤湖软土变形及强度规律,通过采用固结试验及常规三轴试验,来分析赤湖软土的固结曲线及固结系数变化规律,同时研究不同深度下的赤湖软土在不同围压下的抗剪强度,并获得了应用较为广泛的邓肯-张模型参数;通过对两者试验结果进行分析,得到在不同深度下赤湖软土参数的变化规律及特点:软土在压缩过程中,随着软土深度及荷载的增大,软土的渗透性降低,而软土的固结程度及固结系数增大,但主次固结分界线并不明显;软土深度对邓肯-张模型参数也有一定的影响,随着软土深度的增加,参数k_b、C与φ随着深度的增大而增大;k随φ近似按指数曲线关系变化,其中k取值在150左右;n取值一般在0.2~1.0之间;其他参数变化规律并不明显。     

饱和结构性Ko固结黄土试验研究

在侧限高压固结仪、常规三轴仪上,对饱和结构性Ko固结黄土进行了大量的试验,同时,结合重塑土作了平行对比试验研究,通过整理分析各试验结果,得出了饱和结构性Ko固结黄土的变形和强度特性,从而为建立考虑土的结构性的本构模型提供了试验依据．     

珠三角软土的结构性分析

天然土体都具有一定结构性，土体结构性强弱的判别成为工程上关心的一个重要问题．土体结构性判别有不同的方法，文中选取两种不同的方法，以中山香山和顺德杏坛地区的软土为例，分析了珠三角地区软土的结构性，     

软土流变特性试验研究

根据室内三轴流变试验的结果,研究了北京地区粉质粘土的流变特性。结果表明,该类软土具有较明显的变形时效性及其在不同应力水平下的蠕变特性。通过分析蠕变曲线的规律,选择了广义开尔文五单元理论模型和时间硬化经验蠕变公式来描述软土的流变特性,并达到了良好的精度,建立了适合北京地区典型软土的流变理论模型和经验模型。     

基于NMR和SEM的软土微观结构特征试验研究

软土的含水特性和微观结构是决定其物理力学性质的主要因素. 以南沙软土为研究对象,运用核磁共振和扫描电子显微镜两种微观结构试验方法,获取了软土的弛豫时间T₂谱图和扫描电子显微镜图像,总结了两种软土（淤泥和淤泥质土）的水相分布和孔径分布规律. 研究表明,南沙软土的T₂分布曲线呈双峰型,土中存在两种状态的水分,第一种状态水超过质量的99%,孔隙多、孔径小,孔径分布主要集中在0.1~20 μm的区间. 南沙软土常见的微观结构类型为絮状结构、蜂窝结构和凝块结构3类. 计算了平均孔隙半径、平均孔隙面积、面孔隙率、孔隙形状因子和孔隙分维数等微观结构参数. 最后,对比分析了两种测试方法和应用中需注意的几个问题.     

热连轧GH4169合金组织结构与蠕变变形及断裂机制

为了研究直接时效对热连轧GH4169合金组织结构及蠕变行为的影响,通过对热连轧合金直接时效、蠕变性能测试和组织形貌观察,分析了热连轧直接时效合金的组织结构与蠕变变形及断裂机制.结果表明：经直接时效热连轧合金组织由细小晶粒构成,且具有明显的孪晶特征,细小γ″相在合金中弥散析出;在蠕变期间,合金的变形特征是形成三取向孪晶变形和位错在基体中发生单双取向滑移、起形变强化作用、使合金具有较高蠕变抗力和较长蠕变寿命的原因;随着蠕变的进行,位错逐渐在晶界处堆积并产生应力集中,促使裂纹在晶界处萌生;在蠕变后期,合金的蠕变断裂机制表现为裂纹沿晶界扩展并发生断裂.     

冻结红层软岩的蠕变特性研究

为研究第三系红层软岩在低温下的蠕变特性。对冻结红层进行单轴蠕变试验,试验结果表明,在应力水平较低时,软岩只存在衰减蠕变,随着应力水平的增大,当超过流变长期强度时,出现了非稳定蠕变;同时,随着温度的降低,软岩的瞬时应变量和蠕变量都会明显减少,而长期强度则有较大幅度的增长,说明温度对软岩及冻结壁的流变性质影响十分显著。引入与时间和应力相关的非线性黏滞系数和时间开关函数,对西原模型进行改进,得到了可以描述加速蠕变的非线性流变本构模型,通过试验数据对冻结红层软岩的参数进行了辨识。将流变模型嵌入到abaqus有限元程序,并对井筒开挖进行数值模拟,获得冻结壁最大位移与时间曲线,通过与实测值进行比较,两者较为吻合。可见,建立的流变模型能够很好的描述冻结红层软岩的蠕变规律。     

软土孔隙微观结构的分形研究

根据分形模型的构造方法，提出了孔隙度分维、孔隙分布分维及孔隙边缘形状分维，用以描述软土微结构SEM图像中孔隙的变化情况．利用数字图像处理与分析的方法研究了软土加固前后3种分形维数的变化趋势，发现软土加固后3种分形维数随深度增加有减小趋势，说明软土加固后孔隙的分布面积减少，结构单元体之间排列紧密，孔隙尺寸分布趋于均匀，孔隙边缘趋于光滑．结果表明：软土中孔隙分布及其形状具有分形特征，不同的分形维数可以从不同角度反映土体的加固效果及力学特性变化，为由微观结构反映土体的宏观力学性能提供了桥梁．     

营口地区软土流变模型参数及流变特性研究

根据辽宁营口地区淤泥质粉质粘土的流变试验,对流变模型参数及流变特性的变化规律进行探讨.研究表明:运用模型理论建立的流变模型的线性粘弹性参数在低应力水平下是惟一的,但非线性粘弹性参数不惟一,并随应力水平的变化而变化,而粘塑性参数的大小决定了应力应变等时曲线的形状.此外,流变模型的参数随试验条件的不同而变化.基于营口地区淤泥质粉质粘土的粘弹性及粘塑性流变特性,指出二者随时间和应力水平的变化表现出不同的流变特性.     

Viscoelasto-plastic rheological experiment under circular increment step load and unload and nonlinear creep model of soft rocks

The viscoelastic-plastic creep experiments on soft ore-rock in Jinchuan Mine III were performed under circular increment step load and unload. The experimental data were analyzed according to instantaneous elastic strain, visco-elastic strain, instantaneous plastic strain and visco-plastic strain. The result shows that instantaneous deformation modulus tends to increase with the increase of creep stress; soft rocks enhance the ability to resist instantaneous elastic deformation and instantaneous plastic deformation during the multi-level of load and unload in the cyclic process. In respect of specimen JC1099, the ratio of visco-elastic strain to visco-plastic strain varies from 3.15 to 6.58, and the ratio has decreasing tendency with stress increase as a whole; creep deformation tends to be a steady state at low stress level; soft rocks creep usually embodies accelerated creep properties at high stress level. With the damaging variable and the hardening function introduced, a nonlinear creep model of soft rocks is established, in which the decay creep is described by the nonlinear hardening function H of viscidity coefficient. The model can describe the accelerated creep of soft rocks since the nonlinear damaging evolvement variable D of deformation parameter of rocks is introduced. Three stages of soft rocks creep can be described with the uniform creep equation in the nonlinear creep model. With this nonlinear creep model applied to the creep experiments of the ore-rock of Jinchuan Mine III, the nonlinear creep model’s curves are in good agreement with experimental data. Foundation item: Project(2007CB209400) supported by the Major State Basic Research and Development Program of China; Project(50774093) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(200801) supported by Open Research Fund of Hunan Provincial Key of Safe Mining Techniques of Coal Mines     

宁波软土流变试验及经验模型

为了研究宁波软土的流变特性及经验模型,进行一维固结流变试验和三轴排水流变试验,并采用西原模型拟合模型参数.试验对比分析表明,固结试验的侧限作用会阻碍试样流变的发展,应力-应变等时曲线偏向应力轴,而三轴流变试验试样的流变能够得到充分地发展,应力-应变等时曲线偏向应变轴,能够更好地体现软黏土的流变性状.将一维西原模型应力-应变关系扩展到三维,采用修正剑桥模型屈服函数描述材料的塑性屈服.推导荷载恒定时土样的轴向应变计算公式,根据三轴排水流变试验结果进行曲线拟合,确定西原模型参数.结果表明,该模型能够较好地符合宁波软土的流变规律.     

超静孔隙水压下软土卸荷蠕变特性试验研究

考虑超静孔隙水压作用的软土卸荷力学特性对富水软土地区地下空间开挖变形和稳定性分析具有重要作用。以深圳地区淤泥质软土为研究对象,开展不同初始超静孔隙水压作用下的K₀固结不排水三轴卸荷强度试验和卸荷蠕变试验。试验结果表明：初始超静孔隙水压越大,固结围压越小,软土卸荷破坏越具有突然性;软土卸荷强度应力-应变曲线大致呈双曲线型,其双曲线函数拟合结果表明,卸荷强度随着初始超静孔隙水压的增大而大致线性减小。卸荷蠕变对初始超静孔隙水压敏感性很大,卸荷蠕变破坏时的偏应力约为卸荷强度试验中偏应力的90%。UU0.5应力路径相对于UU0.0应力路径更容易发生卸荷强度破坏和卸荷蠕变破坏,在实际工程中,应尽可能控制软土侧向卸荷比和超静孔隙水压的大小。