滨海软土非线性蠕变特性的试验研究

 合理描述滨海软土的蠕变规律对于软土地区各类建(构)筑物的长期稳定性和运行安全性是十分重要的。利用单向固结仪和改进的直剪蠕变仪,开展不同加荷方式下滨海软土的蠕变试验,获得应变与应力和时间的关系,分析其蠕变性状的结构性效应和影响因素,建立相应的蠕变模型。试验结果表明,天津滨海软土具有明显的非线性蠕变特性,其蠕变变形演化特征受其结构性制约和影响。在低应力水平条件下,软土蠕变量非常低,双对数应变–时间关系曲线存在明显的转折点;在高应力水平条件下,蠕变速率较高且产生很大的瞬时蠕变量;实施预压荷载作用不仅降低了软土最终的蠕变量,同时也影响到主、次固结的分界特性。采用修正的对数型表达式能较好地拟合滨海软土的瞬时弹性应变、衰减蠕变和稳定蠕变阶段。滨海软土的剪切蠕变变形在低应力水平下呈现出折线特性,而高应力条件下可近似为线性特性,其剪切模量随时间呈现减小趋势,随应力呈现先增大后减小的趋势,而黏滞系数随时间和应力呈现线性增大趋势。     

碱渣土蠕变特性试验及数值模拟研究

碱渣土孔隙比大、含水量高、压缩性大,研究其蠕变特性对于准确预测碱渣土地基长期沉降、确保上部结构长期稳定性具有重要意义。以天津港碱渣土为研究对象,采用分级加载-卸载的方式对不同深度处碱渣土进行一维压缩固结试验(包括卸荷回弹与再压缩试验)。通过试样孔隙比随上部固结压力的变化曲线分析了碱渣土的压缩特性;利用“陈氏法”对分级加载过程的应变-时间试验数据进行处理,得到不同深度处碱渣土在不同固结压力下的应变-时间蠕变曲线。在此基础上,根据蠕变曲线衰减稳定规律以及应力-应变等时曲线所反映的非线性蠕变特征,提出采用Merchant元件模型对蠕变试验曲线进行拟合,并确定模型中3个参数的经验计算公式,建立碱渣土非线性蠕变模型。最后,通过编制有限元子程序实现数值开发,将数模计算值与蠕变试验数据、天津港碱渣土地基沉降实测值进行对比,验证所开发数值模型的合理性。     

压实红黏土三轴蠕变特性试验及模型研究

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪对中石油云南石化铁路专用线高填方路基的压实红黏土进行了一系列三轴蠕变试验,着重研究了压实红黏土在不同围压、不同应力水平以及不同排水条件下的蠕变特性。结果表明:围压、应力水平和排水条件对压实红黏土的蠕变特性均有显著影响;压实红黏土总体呈现衰减蠕变特征;不排水情况下得到的应力-应变等时曲线具有明显的非线性特征,且曲线成一曲线簇,具有“归一化”现象,而在排水情况下则呈一定线性关系;并根据应力-应变曲线确定了压实红黏土的长期强度为瞬时强度的0.54~0.72倍。基于不排水蠕变试验数据,建立适合该地区压实红黏土的经验蠕变模型,通过与Burgers模型对比发现,该模型参数少、易获取,且对试验数据拟合效果优于Burgers蠕变模型。     

单向压缩状态下滇池泥炭土的蠕变特性研究

为探究不同埋深和扰动状态对滇池泥炭土固结蠕变特性的影响,采用分级加载方式分别对埋深17 m、34 m的原状和扰动泥炭土样进行了一维固结蠕变试验。结果表明:泥炭土粘塑性蠕变特性显著,扰动后竖向应变在各级压力下均较高。17 m土样前期固结压力较小,孔隙和有机质较多,压缩性更高。土体内排水通道随固结压力增大被逐渐压缩,延长了主固结时间。扰动土因结构性被破坏,主固结时间较短。17 m原状土的固结系数在低固结压力下较大,其结构随压力增加而破坏,固结系数逐渐接近于扰动样;34 m土样分解度高且较密实,扰动后易于排水,故扰动土固结系数大于原状土。滇池泥炭土的次固结系数大于一般软粘土,且有机质含量较高的17 m土层的次固结特性更为显著。     

武汉湖相淤泥的蠕变特性与模型研究

为查明武汉湖相沉积淤泥的蠕变特性,开展固结不排水的三轴剪切蠕变试验。结果表明,武汉淤泥具有显著的蠕变特征,且具有非线性蠕变特性。低剪应力下,蠕变变形小;高剪应力下,出现瞬时变形、非稳定变形与稳定变形,剪应力越大,非稳定变形越大;较高剪应力下,发生快速破坏。孔压变化与蠕变变形规律基本一致。Burgers模型可较好地预测武汉淤泥的不排水剪切蠕变变形,该模型具有参数少、参数物理意义明确的特点。研究还表明,增大固结压力可以减弱蠕变变形,可采用超载预压方式提高土体的固结度,进而可有效减小因蠕变引起的工后沉降。     

湛江强结构性黏土的三轴排水蠕变特征

 利用GDS应力路径三轴试验系统,开展不同围压下湛江强结构性黏土的三轴固结排水剪切蠕变试验,获得其轴向应变、体应变与应力和时间的关系,分析蠕变性状的结构性效应,建立相应的蠕变模型。结果表明,湛江黏土的蠕变变形演化特征受其强结构性制约,其蠕变特性的敏感程度与结构性强弱相关联。在低偏应力下,其蠕变变形和变形速率均较小;偏应力超过临界值后,土体在短时间内发生破坏。湛江黏土在?3＜?k时,其体变性状总体上表现为剪缩,但随时间变化出现一定的剪缩和剪胀交替性,即存在回弹现象;而当?3≥?k时,则表现为剪缩。蠕变引起的强度衰减主要表现为黏聚力的降低,且 77.63%。采用6元件扩展Burgers模型能较好地描述湛江黏土的瞬时弹性应变、衰减蠕变和稳定蠕变3个阶段。在实际工程中,必须对土的结构性给予充分的认识,在较低应力范围内,可以利用其结构性的有利因素,但设计荷载严禁超出结构屈服应力。     

天津滨海重塑软黏土一维固结蠕变特性研究

软黏土蠕变产生的长期变形严重影响建筑物及地基的安全性和稳定性,故通过设置不同预压条件模拟软黏土的初始受力状态,对重塑软黏土进行一维固结蠕变试验。研究表明:不同预压条件下,重塑软黏土一维固结蠕变历时曲线的瞬时变形较大,随着加载时间的增长,土体产生缓慢的蠕变,变形量逐渐减小,最终趋于稳定;此外,软黏土一维固结蠕变等时曲线中应变随应力水平的增大而增大,曲线延伸方向逐渐向应变轴靠拢,非线性愈加明显。基于上述研究,引入时间参量t,建立了软黏土一维固结蠕变预测公式,并对公式的准确性和适用性进行验证。该公式可对软黏土地基因蠕变产生的长期变形进行预测分析,为实际工程的设计、施工提供理论指导。     

南宁非饱和膨胀土剪切蠕变特性试验研究

通过改装的剪应力控制式直剪仪对南宁非饱和膨胀土进行系列室内试验研究,探讨非饱和膨胀土的非线性流变特性.试验结果表明:当剪应力小于或等于25.5 kPa时,土体表现为衰减蠕变,当剪应力高于25.5 kPa时,土体具有明显的非线性流变特性.同时,通过对剪切蠕变曲线的拟合发现,南宁非饱和膨胀土的流变可以用Bu体模型来描述,并能得出其相应的本构方程和蠕变方程.     

循环荷载后原状与重塑饱和粉质黏土不排水强度性状研究

为研究循环荷载作用后原状土与重塑土不排水强度发展规律,针对天津典型粉质黏土做了一系列动、静力三轴试验。结果表明,振后原状土样不排水抗剪强度会发生衰减,当振后轴向应变大于 3% 时,衰减度 β 随动轴向应变增加呈现先增大后稳定的趋势;最大孔压比处于 0.5 ～ 0.7 之间时,不排水强度衰减较小,最大孔压比高于 0.7 时,振后强度开始迅速衰减;振后饱和粉质黏土不排水剪应力路径表现出超固结性质,随着 β 的增加,应力路径由正常固结向轻似超固结,再向重似超固结发展。对于重塑土,循环荷载作用后其不排水抗剪强度变化较小。     

绿片岩各向异性蠕变特性试验研究

 为了解锦屏二级水电站引水隧洞绿片岩的各向异性流变力学特性,通过对层状脆性绿片岩试件进行单轴压缩蠕变试验,研究脆性层状岩石材料的各向异性蠕变规律。按层理面倾角大小共加工6个试件,分级加载均为4个应力水平,最大值与初始地应力接近。试验结果表明,绿片岩试件蠕变曲线存在瞬时应变、衰减蠕变和稳定蠕变,未出现加速蠕变阶段。根据试验结果得到瞬时弹性模量和稳定蠕变阶段的蠕变速率。分析表明,绿片岩试件的瞬时弹性模量随着应力水平的提高而提高,并趋于稳定,其中层理倾斜的试件瞬时弹性模量更高;蠕变速率随着应力水平的提高而提高,并随着层理面倾角的增大而增大,层理面倾角接近材料的破裂角时,试件的轴向蠕变速率最大。     

软土蠕变-固结特性及计算模型研究

根据国内外研究动态和实际工程的迫切需求，对软土蠕变—固结特性、计算模型、模型的数值求解方法和工程应用等进行了系统的研究，探讨了土工应力—应变模型、流变模型和固结模型的耦合机理，建立了实用的非线性弹粘性固结模型。研究表明，软土在任一时刻的变形都可以分解为瞬时变形和蠕变变形，其中，瞬时变形也呈现比较明显的非线性特征；土体变形的时效性由固结特性和粘滞特性共同决定，应力水平低时以固结变形为主，反之，土体的变形主要来源于剪切蠕变；土体的蠕变变形与孔隙水压力的消散有关，在同样的条件下，土体渗透性越差，蠕变变形越大；对于有厚度的土层，土体的次固结是在主固结过程中同时发生：土的蠕变对应力和应变的影响程度取决于土体的排水条件，当地基排水不良时，应力水平将随时间增高，变形计算中若不考虑蠕变特性将可能忽略地基潜在的失稳趋势。所以，考虑蠕变特性不仅是对计算结果的修正，而且是对工程安全性的重新评价。通过对有代表性的实例的计算和分析，验证了计算模型的合理性和结论的正确性。     

三峡库区侏罗系顺层滑坡滑带土的剪切蠕变特性

滑带土的蠕变行为对滑坡的预测预报和长期稳定性分析具有重要作用。选取三峡库区侏罗系典型顺层滑坡—万州兴福寺滑坡为研究实例,针对滑带土重塑样,先进行三轴压缩试验测定其峰值及残余抗剪强度指标,然后开展不同法向应力和不同含水率下滑带土试样的剪切蠕变试验。试验结果表明:①兴福寺滑坡滑带土在初始破坏之前经历瞬时蠕变和衰减蠕变阶段,并最终稳定在低速率的等速蠕变阶段。②法向应力越大,滑带土剪切蠕变速率和变形量越小,各级法向应力下蠕变破坏时的剪应变均小于5%。③含水率对滑带土剪切蠕变速率的影响不甚明显。含水率低于塑限时滑带土剪切蠕变模量最大。随着剪切蠕变的进行,低含水率和饱和试样的剪切蠕变模量均在短时间内急剧降低并分别稳定在某一稳定值,而含水率略高于塑限的试样则呈缓慢降低趋势。与此相反的是含水率接近液限的试样呈缓慢增大趋势。④滑带土长期黏聚力为峰值和残余黏聚力的70%和15.0倍,长期内摩擦角为峰值和残余内摩擦角的69%,70%,各强度指标均受滑带土细颗粒含量的影响。     

昆明泥炭土工程性质原生各向异性试验研究

基于一系列室内试验结果,系统分析了昆明泥炭土原生各向异性对固结变形、抗剪强度和渗透性质的影响,并从分析泥炭土特殊组分入手,探讨了其工程性质原生各向异性的产生机制。试验结果表明:高分解度泥炭土水平向与垂直向表现出来的变形特性差异不大,θ=45°方向土样在固结压力p较小时压缩模量E_s及固结系数C_v较小,但当p增大到一定程度时,3个方向的变形特性趋于一致;分解度低的泥炭土更多呈现变形各向同性。抗剪强度方面,不含或含微量残余纤维的高分解度泥炭土抗剪强度原生各向异性程度较弱,主要体现在粘聚力上,内摩擦角的差异较小,且抗剪强度各向异性程度随着腐殖质含量增多而减弱;残余纤维含量多对泥炭土的强度各向异性能起增强作用。渗透特性方面,渗透系数k随切样角度θ增大而增大,即泥炭土水平方向的渗透性比垂直方向的强。泥炭土的各向异性机制复杂,在导致各向异性效应方面,矿质土颗粒、腐殖质及残余纤维产生了不同的效果。     

Experimental research on creep behaviors of sandstone under uniaxial compressive and tensile stresses

The consideration of time dependence is essential for the study of deformation and fracturing processes of rock materials, especially for those subjected to strong compressive and tensile stresses. In this paper, the self-developed direct tension device and creep testing machine RLW-2000M are used to conduct the creep tests on red sandstone under uniaxial compressive and tensile stresses. The short-term and long-term creep behaviors of rocks under compressive and tensile stresses are investigated, as well as the long-term strength of rocks. It is shown that, under low-stress levels, the creep curve of sandstone consists of decay and steady creep stages; while under high-stress levels, it presents the accelerated creep stage and creep fracture presents characteristics of brittle materials. The relationship between tensile stress and time under uniaxial tension is also put forward. Finally, a nonlinear viscoelastoplastic creep model is used to describe the creep behaviors of rocks under uniaxial compressive and tensile stresses.     

软土变形时效特性的试验研究

软土变形的重要特征为具有时效性,这将导致软土工程的工后沉降。根据实际工程需要,采用原状土样和扰动土样对软土变形机理进行了一系列室内试验,包括软土的应力–应变特性、固结效应、次固结特性、蠕变特性等。通过试验成果系统分析可得:(1)初始固结度对应力–应变关系的影响;(2)次固结系数与固结压力的关系以及应力历史对次固结系数的影响;(3)次固结系数与压缩指数的关系;(4)排水蠕变和不排水蠕变的变形特征;(5)蠕变变形的影响因素和降低蠕变效应的技术路径等。研究结果表明:软土变形的时效性产生于固结特性和蠕变特性的耦合效应,土体的变形过程实际是固结和蠕变共同作用的过程,任一时刻两种变形在总变形中所占比例取决于多种因素,其中最重要的是应力水平和排水条件。     

分级加载下深部粉砂岩单轴压缩蠕变试验研究

为研究深部硬岩的蠕变特性,采用分级加载方式对深部粉砂岩进行了单轴压缩蠕变试验。试验结果表明,分级加载作用下深部粉砂岩产生瞬时的轴向应变和侧向应变后随即进入蠕变阶段,深部粉砂岩的侧向蠕变发展较轴向蠕变快;在蠕变过程中存在一个应力阈值,其中轴向蠕变的应力阈值比侧向蠕变的大。随轴向分级荷载的提高,岩石的瞬时弹性模量呈先增加后减小的变化趋势,瞬时泊松比呈上凹型增长,轴向蠕变应变先减小后增大,侧向蠕变应变呈前期增长平缓的上凹型增长;根据试验过程中的等时应力-应变曲线的变化趋势,可以看出深部粉砂岩蠕变过程具有非线性特征,且侧向蠕变较轴向蠕变更明显。     

第一拐点法确定结构面长期强度的研究

在岩石双轴流变试验机上进行了圆柱体标准试件单轴抗压强度试验、结构面常规剪切试验以及结构面剪切蠕变试验,利用蠕变曲线第一拐点法确定了不同粗糙度结构面试件在不同法向应力条件下的长期强度,并将其与结构面的瞬时强度进行了对比。