速率过程理论在粘土蠕变模拟中的应用

介绍了速率过程理论及其相应的粘性土蠕变模型的推导,选取淮阴三类不同土质的粘性土样开展了蠕变试验研究,分别制备了各向异性和各向同性的结构试样,获得了相应的蠕变试验成果,最后用速率过程理论模型对试验成果进行了拟合.研究成果表明以速率过程理论为基础而建立的蠕变模型能有效地模拟不同土质粘性土的蠕变过程、趋势和变形,反映出粘性土土性的本质特点,使土质学和土力学紧密地结合在了一起.     

砾质土心墙料蠕变对坝体应力变形的影响

针对砾质土蠕变特性的研究成果较少,原因在于砾质土含有大量渗透性较低的细粒,大试样固结排水效果差,难以获得较好的蠕变试验成果。采用在砾质土大型三轴试样中钻孔灌砂以加速试样的排水固结的方法,进行了某高土质心墙堆石坝砾质土心墙料的蠕变试验,获得了砾质土心墙料的蠕变模型及参数,建立了高心墙坝的三维有限元模型,采用非线性有限元研究了砾质土心墙料蠕变特性对坝体应力变形的影响。研究成果表明:九参数幂级数蠕变模型能较好地描述砾质土的蠕变特性;上、下游坝壳的蠕变对心墙自身变形的影响较小,需要在坝体应力变形计算中考虑心墙料蠕变的影响;当心墙料的蠕变速率快于周围堆石体时,蠕变效应会进一步增加心墙拱效应,反之,蠕变效应会减小心墙拱效应。     

堆石料工程特性试验研究

堆石料是土石坝的主要筑坝材料,也是土力学的主要研究对象之一.根据水布垭工程在堆石料方面的试验工作总结,介绍了堆石料剪胀性、蠕变性、试验成果的不确定性方面的研究成果.并建立了相应的蠕变模型,工程实践表明,实验室试样的蠕变过程有可能短于堆石料工程(如堆石坝体)的蠕变过程,堆石料的蠕变表现出与颗粒聚合体的尺度密切相关.     

考虑含水率与干湿冻融影响的膨胀土蠕变损伤模型二次开发及工程应用

【目的】为了反映北疆供水一期工程膨胀土渠坡的浅层蠕变破坏特征，揭示明渠水位周期性变化和干湿-冻融循环作用对浅层膨胀土渠坡蠕变力学行为的影响规律，【方法】根据已有相关蠕变试验数据，考虑含水率与干湿-冻融循环作用两个因素对膨胀土蠕变特性的影响，加入非线性元件的同时引入时效损伤函数反映膨胀土非线性蠕变变化规律，从而建立考虑含水率和干湿-冻融循环作用的膨胀土蠕变损伤本构模型。基于FLAC^3D软件计算平台，使用C++语言实现该模型的二次开发，利用该模型对相关室内蠕变试验和北疆供水一期工程膨胀土渠坡的蠕变过程进行数值模拟计算，验证该模型二次开发的正确性与适用性。【结果】结果显示：膨胀土蠕变损伤模型能够有效地反映渠坡浅层蠕变变形，渠底、渠坡中部和顶部位移量分别为13.21 cm、10.8 cm和4.8 cm,与实际监测数据契合度分别为94.6%、96.4%和91.6%,良好地反映了膨胀土渠坡停水期中浅层蠕变特性。【结论】结果表明：该模型能很好地描述浅层土体含水率与干湿-冻融循环作用次数对其蠕变特性的影响，且相较于传统Burgers模型，该模型能很好地描述土体的加速蠕变阶段。研究...     

卵石土蠕变本构模型及其工程应用

卵石土是岩土工程建设中的常用材料,由于针对其流变力学特性的研究较少,导致无法评价该种材料的长期稳定性。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,针对卵石土开展了室内三轴蠕变试验,对卵石土蠕变的有关力学问题进行了探讨,分析了卵石土蠕变与时间、应力状态的关系,并提出了11参数卵石土蠕变的数学表达式及相应的参数指标。将该本构模型嵌入到ABAQUS软件中,计算了某大桥锚碇下覆地基的长期沉降变形。结果表明,提出的本构模型可以很好地描述卵石土的流变特性。与锚碇沉降变形监测结果相比,蠕变加速变形阶段的沉降计算结果偏大,蠕变稳定阶段的沉降计算结果偏小。研究结果可为卵石土的长期变形计算提供相关参考。     

一种基于土体率敏性的长期变形预测方法

土体长期变形的预测与控制是大量工程建设的关键性问题。常规方法是结合蠕变试验来预测土体变形,其存在耗时长、难以考虑复杂应力路径以及不便用于复杂有限元计算分析等缺点。考虑土体的率敏性特征,通过对饱和超固结土以及人工制备结构性土分别开展3种不同加载速率下的三轴剪切试验,获得了土体强度、变形以及率敏性指标,从而得到了基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型参数,并利用该模型成功预测了土体的率敏性和蠕变变形行为。结果表明:①结合土体率敏性试验来预测土体长期变形,仅较常规土三轴试验增加了几组不同加载速率的剪切试验,而不需增加额外的试验条件,试验效率高;②由土体率敏性试验确定的本构模型参数能正确预测土体的蠕变变形,试验结果与模型预测结果吻合良好;③基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型可用于复杂边值问题的有限元计算。结果表明提出的结合土体率敏性来预测土体长期变形的新方法将具有很好的工程应用价值。     

哈达山高地下水输水干渠基土冻胀特征研究

哈达山输水干渠地处严寒地区,渠床土质多为粘性土,其冻胀性强烈。文中通过对哈达山输水干渠基土冻深、冻胀量、冻胀过程水分迁移特征进行监测,研究了基土冻胀特征,成果对于哈达山输水干渠设计与施工具有一定的指导及借鉴意义。     

粗粒土应力腐蚀蠕变影响因素的离散元分析

为探寻细观参数对蠕变的影响规律,基于应力腐蚀理论,编写了考虑颗粒破碎的粗粒土蠕变的ＰＦＣ５．０应力腐蚀程序命令流,探讨了接触模型和应力腐蚀模型细观参数对蠕变的影响规律及其敏感性,并基于室内蠕变试验结果进行了参数标定。结果表明:接触模型参数中,颗粒摩擦系数和胶结键粘结强度敏感性较强,颗粒刚度和密度敏感性较差,粗粒土颗粒表面摩擦和抗拉强度越大蠕应变越小;应力腐蚀模型中,激活应力对粗粒土的蠕变有显著影响,随着激活应力的增大,颗粒破碎量急剧减少,蠕应变减小;材料参数β１和β２均对粗粒土蠕变有较大影响,蠕应变随着β１和β２的增大而增大。基于应力腐蚀理论进行考虑颗粒破碎的粗粒土蠕变的离散元分析是可行的,标定的模型细观参数可作为粗粒土颗粒破碎蠕变机理进一步研究的基础。     

某大型水库库区滑坡滑带土蠕变试验研究

滑坡滑带土的蠕变特性往往对滑坡的稳定性评价有着重要意义。以湖北省某大型水库库区滑坡为研究背景, 宏观分析了滑带土岩性、矿物成分、物理力学特征等因素对蠕变特性的影响,进而对崩滑体滑带土进行了剪切蠕变试验研究。试验表明,滑带土具有较强的蠕变特性,表现为滑带土在荷载等级较低时,变形速率随时间减小,最后趋于零,为衰减蠕变的过程;在荷载等级相对较高时,尤其在最高荷载等级时,变形速率随时间增大,最终趋于某个极限值或至试样破坏,表现为非衰减蠕变过程;Burgers蠕变模型相比其他模型而言,更符合库区滑坡滑带土本构模型,通过蠕变方程参数的辨识,得到了滑带土的蠕变本构方程;通过蠕变曲线得到了滑带土的长期强度,该强度比相应应力状态下的峰值强度减少20%左右。     

仪征市下蜀组粘性土的工程地质性质研究

根据实际工程资料及试验成果，研究了仪征市下蜀组粘性土的物理－水理、物理力学性质及变化规律。对如何合理利用粘性土的工程地质特性有着重要的意义。     

基于孔穴扩张理论的黏性土不排水剪强度计算

确定黏性土不排水抗剪强度(c_u)的常规测试方法存在着取样扰动或测试深度不足等缺陷,提出了基于孔穴扩张理论的黏性土不排水抗剪强度的测试方法,并应用于花岗岩残积黏性土、辉绿岩残积黏性土和花岗岩残积砂质黏性土的旁压试验和静力触探试验成果解释中,将两种试验得到的c_u值进行对比。结果表明:旁压理论的假设条件导致旁压试验得到的c_u值较静力触探试验得到的c_u值大,其中等容剪切法计算过程对初始扰动和应变数据的选择非常敏感,导致计算结果差异较大;直接传统法能够克服初始扰动,c_u值受临塑压力的影响较小,计算结果与土体性质以及试验点深度较吻合,其c_u值约为静力触探试验的1.2倍,是一种简单、有效的确定黏性土不排水抗剪强度的方法。     

渗流条件下山体土质边坡的蠕变分析

运用改进西原蠕变模型,建立了能反映蠕变全过程的非线性粘弹塑性蠕变模型,结合渗流力学理论得出了平面应变情况下的流固耦合方程。通过算例数值计算对降雨条件下土质坡体特征点的水平和垂直位移进行了分析,结果与现场调查相符。计算结果表明,土质边坡在降雨入渗初期位移变化较大,且水平位移比垂直位移大;降雨入渗具有迟滞效应,雨水渗流主要集中在坡体浅层,加强坡面防护很关键。     

红层滑坡滑带土经验型蠕变模型研究

四川盆地及边缘广泛分布红层边坡,对人类生命财产带来巨大威胁。滑带土的蠕变特性直接关系到红层边坡的长期稳定性,采用CSS-2901TS土体三轴流变试验机进行三轴固结不排水压缩蠕变试验,以研究红层滑坡滑带土蠕变特性。针对蠕变试验成果,结合经验模型理论,通过双曲线函数描述应力-应变关系,并引入Log-Modified函数来描述应变-时间关系,建立一种新的经验型蠕变模型。利用ε/D-ε关系曲线和Levenberg-Marquardt算法及通用全局优化法求解模型参数。采用所建模型对蠕变曲线进行辨识,R2总体在0.97以上,克服了常规经验型蠕变模型难以辨识加速蠕变阶段的困难。经过验证,所建模型能准确地描述红层滑坡滑带土的蠕变特性。     

考虑温度效应的冻结黏土内变量蠕变模型分析

在冻结法施工中掌握冻土的蠕变特性对工程的安全评价至关重要。采用山西某矿井深部黏土,在负温条件下进行原状土单轴压缩试验与分级加载蠕变试验,研究冻结黏土破坏时的形态、一系列温度下的单轴抗压强度与蠕变曲线的形式。试验得出单轴抗压强度随温度降低呈线性变化,同一加载应力下的蠕变值随着温度的降低而减小。引入内变量理论并将应变作为内变量来描述冻土的蠕变特性,分析蠕变与蠕变率取对数的拟合曲线发现两者具有线性关系,进而建立只与温度和加载系数有关的内变量蠕变模型,模型参数可通过拟合曲线确定。将蠕变的计算值与试验结果对比,发现该模型可以较好地反映冻结黏土的蠕变,且模型参数少,便于工程应用。     

滑坡滑带土非饱和蠕变特性模型研究

绝大多数滑坡的失稳过程实质为非饱和蠕变过程。在Singh-Mitchell研究成果的基础上,研究了低应力水平下蠕变变形与时间的关系,将蠕变过程划分为衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变3个阶段,并且将基质吸力作为一种新的应力变量反映到模型中,从而建立能够反映应力-吸力-应变-时间的非饱和蠕变模型。以三峡库区千将坪滑坡滑带土为研究对象,根据非饱和三轴蠕变试验数据对模型参数进行求解,并根据参数λ1、λ2与应力水平的关系,参数B、βDR与时间关系对模型进行修正,推导了适用于非饱和土的非线性蠕变模型。采用试验数据对模型进行验证,发现该模型能够较合理地预测滑坡滑带土的蠕变特性。     

红层滑坡滑带土蠕变力学特性及经验模型研究

土体蠕变本构经验模型由于拟合参数无明确物理意义难以推广.为解决经验模型适用性弱的难题,在传统Mesri经验模型的基础上,保留原有双曲线方程描述应力-应变关系,引人分数阶微积分理论反映土体应变-时间关系,使经验模型参数物理意义更为明确,得到改进后的蠕变经验模型.利用该模型对西南地区某红层滑坡滑带土和相关文献中的黄土和高含...     

黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性研究

 为了研究黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性和长期强度,进行了室内流变试验。试验表明,滑带土具有较强的流变特性。基于非线性Boltzmann迭加原理处理的蠕变曲线簇具有很好的相似性。并根据蠕变试验成果,建立了反映滑带土蠕变特性的Burgers蠕变模型,进行了定常Burgers蠕变模型的参数辨识。最后,比较了滑带土的长期强度包线与峰值强度包线,结果表明,长期强度要比相应的应力状态下的峰值强度减少30%左右。     

锦屏一级水电站左岸岩质边坡预警判据初探

以边坡岩土体蠕变理论为基础,结合锦屏一级水电站边坡安全监测情况,重点分析边坡变形时效特性,将边坡变形以至于形成滑坡灾害的发展过程划为4个阶段:(1)变形启动阶段;(2)均匀蠕滑阶段;(3)变形快速发展阶段;(4)破坏趋势阶段。根据室内岩石三轴压缩蠕变试验结果,得到的岩石进入加速流变阶段的流变速率极限值为:加速初期变形速率为1.0～2.5mm/d,加速后期2.5～5.0mm/d,破坏阶段为大于5.0mm/d。目前该边坡岩体内部和外观测点的变形速率维持在0.05mm/d左右,有小幅波动,边坡处于均匀蠕滑阶段。结合岩石实验和具体监测情况,拟定了边坡变形速率阀值。在综合分析国内外引起滑坡的降雨强度临界值和坝址区的水文地质和工程地质条件的基础上,拟定降雨强度预警等级。根据边坡安全监测的具体情况,制定边坡进入加速变形-破坏阶段的综合预警判据,为锦屏一级水电站边坡施工期及运行期的安全预警提供了依据。     

纳米氧化镁改性黏土强度特性试验

为了研究纳米氧化镁对黏性土强度的影响情况,将纳米氧化镁均匀地掺入到黏性土中进行直接剪切试验,并通过扫描电镜试验对剪切面上的微观颗粒进行观察。在含水率分别为10%,16%和22%的情况下,将纳米氧化镁按照0,2%,4%和6%的掺量（质量分数）加入到黏性土试样中进行试验。直剪试验结果表明:当含水率相同时,随纳米氧化镁掺量的增加,纳米氧化镁改性黏土的黏聚力逐渐增大,但是掺量对改性土内摩擦角的影响并不明显;当纳米氧化镁掺量相同时,随含水率增加,改性土的黏聚力呈现出先增后减的趋势,而内摩擦角则逐渐减小。扫描电镜试验结果表明:纳米氧化镁的掺入会降低土体孔隙比,增强颗粒间胶结作用,从而达到改变黏性土剪切强度的目的。