网纹红土蠕变应变率试验研究

蠕变应变率是判断蠕变变形所处阶段与发展趋势的重要依据。为了研究网纹红土蠕变应变率的变化规律,对网纹红土未扰动土样进行了分别加载条件下的初始加载、卸载、重复加载蠕变试验,并根据试验结果分析了蠕变应变率与蠕变时间、应力水平之间的关系。分析结果表明网纹红土的蠕变应变率随蠕变时间指数衰减;蠕变应变率随时间变化的曲线与蠕变应力水平相关。同时建立了蠕变应变率与蠕变时间、应力水平之间的函数关系式,并给出了求解蠕变应变率与蠕变时间、应力水平函数关系中相关参数的方法,最后还利用求得的参数对网纹红土的蠕变应变率进行了拟合。     

滨海软黏土加速蠕变特性试验研究

为了研究滨海软黏土加速蠕变特性,采用典型的滨海相软黏土进行室内蠕变和加速蠕变试验,研究不同围压、加荷比、振动频率、动应力比对软黏土蠕变特性的影响,并通过对比得出了不同试验条件下滨海软黏土的加速蠕变的变化规律。试验结果表明:滨海软黏土具有非线性应力–应变关系的流变特性,其蠕变试验曲线呈衰减型,蠕变变形大部分应变量发生在蠕变前期,变形随时间增长趋于一个定值;静载作用下,围压越大初始蠕变速率越大。初始加荷压力一致,加荷比越大破坏应力越小。循环动荷载作用下,应变在动荷载阶段变化缓慢,而动荷载结束后进入稳定阶段后应变发生突变,急剧变大最后趋于稳定;此外在不同振动频率和动应力比下试样承受荷载等级不同,均存在一个临界安全荷载,超过这个临界值试样会发生蠕变破坏现象。     

重塑粉质黏土的剪切蠕变特性及本构模型研究

通过室内三轴试验,对重塑粉质黏土的剪切蠕变特性进行研究,分析了粉质黏土在不同偏应力水平下和不同偏应力分级方式下的蠕变变形特性。试验表明,粉质黏土的偏应变蠕变变形与对数时间关系具有明显的非线性;在同样的剪切应力水平下,不同的加载分级方式对试样的最终偏应变量有明显的影响,加载分级越多,最终的偏应变量越小。基于试验数据,建立了适合描述重塑粉质黏土蠕变特性的双曲线模型,并对模型参数的物理意义和取值方法进行了讨论。分析表明,模型参数的取值与应力水平及试样的初始孔隙比有关;结合试验结果,给出了粉质黏土剪切蠕变双曲线模型参数取值建议。     

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。     

粉质黏土三轴排水蠕变特性试验研究

采用三轴排水蠕变试验探讨了粉质黏土的蠕变特性,试验考虑了k0固结条件,对比研究了轴向分级加载和侧向分级减载2种应力路径下土体的蠕变特性。通过研究可得,粉质黏土的轴向蠕变类型为衰减蠕变型,体积蠕变受围压和应力历史影响明显;在侧向分级减载和低围压条件下,土体会表现出剪胀特性;基于三单元力学模型获得粉质黏土的蠕变起始时间为施加偏应力荷载后的60～100 min;粉质黏土的蠕变系数与应力水平、蠕变加载方式有关,受围压影响较小;轴向分级加载条件下,蠕变系数与应力水平呈线性变化关系;侧向分级减载条件下,蠕变系数与应力水平呈非线性关系。     

大气或氯离子浸泡环境下玻璃纤维增强复合材料蠕变试验和理论研究

分别在大气与氯离子浸泡环境下,测试不同试验周期下玻璃纤维增强不饱和树脂基复合材料(GFRP)片材的蠕变,分析不同环境和应力水平对GFRP蠕变的影响。研究结果表明:GFRP的蠕变率在试验前期增长较快,后期较慢;GFRP蠕变特性与加载应力水平、环境有关,相同环境下加载应力越大,蠕变应变增量越大;在相同应力水平作用下,氯离子环境下GFRP蠕变应变大于大气环境;水分的吸收和扩散使得树脂体积膨胀产生剪应力,与玻璃纤维发生脱黏,引起界面破坏,从而降低GFRP的黏弹性能;树脂与水分子发生化学反应,导致树脂中的化学介质解析出来,其基体中出现坑洼,破坏纤维与树脂界面的完整性,进而降低GFRP的黏弹性能。基于Kelvin标准线固性蠕变模型,考虑环境、应力变化幅值,提出GFRP蠕变预测模型及其适用性。     

冻结粉土的动静蠕变特征比较

通过动、静荷载作用下冻结粉土的蠕变试验,发现在初始蠕变阶段和稳定蠕变阶段,动蠕变的应变值小于静蠕变,而由于稳定蠕变阶段动蠕变的蠕变速率大,应变迅速增加,导致动蠕变的稳定蠕变阶段很短,迅速进入渐进流阶段,此时其应变值大于静蠕变;动、静蠕变的破坏特征与加载应力的变化趋势相同,但数值不同,动蠕变的破坏时间、破坏应变都小于静蠕变,最小蠕变速率值大于静蠕变,且加载应力越小,二者的差别越明显。     

重塑超固结饱和黏土蠕变试验与蠕变模型

采取杭州地区黏土制备重塑超固结土样（OCR=1.00,1.25,1.67,2.00,3.00）进行三轴剪切蠕变试验,研究超固结饱和黏土的时间变形特性和蠕变模型,对模型参数取值进行了分析。结果表明,重塑超固结饱和黏土的应力应变曲线具有应变硬化特征,在恒定偏应力下土样的时间变形曲线具有双曲线特征;超固结比越大,施加偏应力初始阶段试样中产生的超静孔压越小,试样变形进入蠕变阶段的时间越早,且在一定时间内试样的蠕变量发展越小。基于“孔压消散法”确定了超固结土的蠕变起始时间,采用双曲线蠕变模型可以高度拟合超固结饱和黏土剪切蠕变发展规律,曲线拟合分析表明：在相同的偏应力下,不同超固结比试样的最终蠕变量大致相等,但是超固结比越大时,土样蠕变发展越缓慢,表现为双曲线蠕变模型参数As在超固结比变化时几乎保持为常量,参数Bs则随超固结比的增大近似呈线性增长。     

K0固结软黏土的弹黏塑性本构模型

在修正剑桥模型基础上综合考虑了软黏土的各向异性及率相关性,建立了适用于K0固结软黏土的弹黏塑性本构模型。模型借鉴过应力理论的基本思想,定义了与动态加载面相对应的参考屈服面,应用径向映射准则将两者联系起来,流动函数通过分析一维情况下土体的体积蠕变速率得到。以黏塑性体积应变为硬化参数,将一维情况扩展到三维应力状态,直接用次固结系数描述土体黏性强弱,所有参数可通过压缩试验及三轴不排水剪切试验得到。分别计算了代表性等向和K0固结黏土的三轴不排水等应变率加载、不排水剪切蠕变及蠕变破坏过程,与试验结果进行对比,验证本文模型的有效可行性。     

油砂的蠕变特性与本构模型研究

油砂是一种富含天然沥青的沉积砂。作为一种软化材料,油砂的蠕变性质较松砂和正常固结黏土等硬化材料更为复杂。通过开展油砂三轴蠕变试验,获得了不同应力和应变状态下油砂的蠕变特性;讨论了蠕变势与塑性势之间的关系,提出了等效变形过程的概念,分析等效变形过程的微观机制;讨论了蠕变速率与时间和不可恢复应变之间的关系,提出采用不可恢复应变作为内变量可以描述复杂条件下油砂的蠕变性质,并据此提出了油砂的内变量蠕变模型;应用临界状态理论,分析了硬化型和软化型土的蠕变性质;讨论了剪切带对密砂蠕变性质的影响。     

Circumferential strain behavior during creep tests of brittle rocks

Creep tests were carried out on Inada granite under confining pressure and on dry and wet specimens of Kamisunagawa sandstone. Distinctive points Q_A (the point where the axial strain rate reaches a minimum), Q_C (the point where the magnitude of circumferential strain rate reaches a minimum) and R_C (the point where the magnitude of circumferential strain acceleration begins to increase) were defined. Dependency of the strain values at the distinctive points on creep stress, confining pressure and water presence was examined. Circumferential strain at Q_C or R_C was not affected by creep stress for both rocks. Peak load points were observed in reloading stress–strain curves when reloading was carried out before Q_C for Kamisunagawa sandstone. Circumferential strain values at peak load during reloading coincided with critical extensile strain, which is defined as circumferential strain value at peak load during constant strain rate tests and is insensitive to confining pressure, water presence, and anisotropy, although slightly affected by strain rate. Load increased slightly or did not increase when reloading was carried out after R_C for both rocks. R_C in creep tests scattered around unloading stress–strain curves from peak load during constant strain rate tests for Kamisunagawa sandstone. These observations suggest that Q_C and R_C in creep tests are closely related to the peak load points during constant strain rate tests. Circumferential strain would be used as a condition-insensitive damage indicator of rock in creep tests as well as in constant strain rate tests.     

单轴试验条件下粘土的粘塑性与模拟计算

利用饱和、湿润、风干以及烘干的藤森粘土的单轴排水固结试验进行了粘土粘塑性研究。试验过程中采用计算机应变控制的控制式三轴仪来实现加载速率，可在不同加载阶段实现不同的恒应变率加载试验。试验结果表明：各种不同饱和度藤森粘土的粘塑性都表现为等时特性；经过一定时间的蠕变后，粘土弹性模量会有较大的提高，且藤森粘土所表现出的粘塑性与粘土含水量的大小无关。研究结果表明，粘土的粘塑性应力-应变特性可以采用非线性三要素模型进行较好的描述。     

A Simple Pneumatic Loading System Controlling Stress and Strain Rates for One-Dimensional Compression of Clay

A simple but automated pneumatic loading system that can control the stress and strain rates for one-dimensional (1D) compression of clay was developed. The rate-dependency of stress-strain behaviour due to the viscous property of clay was investigated by 1D compression tests on standard-size specimens by various loading methods: 1) Standard Consolidation Tests (SCTs), stepwise increasing the axial stress two times every one day; 2) ordinary Constant-Rate-of-Strain (CRS) tests at different strain rates; 3) special CRS tests including unloading and reloading cycles with different stress amplitudes at strain rates of which the absolute value was either kept constant throughout respective tests or changed at the start of reloading; and 4) special CRS tests including a number of sustained loading (SL) during otherwise primary loading or unloading or reloading at constant strain rate. Sufficiently low strain rates were employed to ensure essentially fully drained condition. The followings were found. Despite that the newly developed pneumatic loading system is rather simple, 1D compression tests following such various loading histories as above can be performed on four types of clay rather accurately. The stress-strain behaviour of clay is significantly rate-dependent, exhibiting significant creep strains at SL stages. The creep strain rate is significantly different whether SL starts during otherwise primary loading or unloading or reloading, controlled by the magnitude and sign of the initial strain rate at the start of SL. The whole observed trends of rate-dependent stress-strain behaviour can be qualitatively explained by the non-linear three-component elasto-viscoplastic model extended to cyclic loading conditions.     

不同含水率粘土在不同试验条件下的应力-应变特性

采用单轴固结试验和三轴剪切试验对饱和、湿润、风干以及烘干的藤森粘土进行了应力-应变特性研究。在试验过程中,进行了不同轴向应力水平下的恒应变率加载试验、蠕变试验以及卸载与重复加载试验。局部变形测量传感器(LDT)被用于三轴剪切试验中的轴向变形测量以提高小应变测量的精度。试验结果表明,不同含水率与饱和度的藤森粘土在单轴固结试验与三轴剪切试验条件下都表现出明显的粘塑性。它们的加载速率效应、蠕变效应都相似;而且在蠕变结束后的一小段邻域内藤森粘土的强度有明显的提高。笔者提出用参数β来描述藤森粘土的粘性。对试验结果的计算分析表明,在单轴和三轴试验条件下不同含水率与饱和度的藤森粘土的β值介于0.034到0.064之间;而且,含水率高的藤森粘土的β值大于含水率低的藤森粘土的β值,单轴试验条件下的β值大于三轴试验条件下的β值。     

侧向卸荷条件下软土典型力学特性试验研究

 针对侧向卸荷条件下软土变形、强度、蠕变等典型力学特性,选取珠三角洲相沉积的典型灰黑色淤泥质软土进行室内三轴试验研究。试验结果表明：侧向卸荷条件下的应力–应变规律呈应变硬化现象,可采用平均应力进行归一;土样在侧向卸荷条件下进行不排水剪切时会产生负的孔隙水压力,使得有效应力强度反而低于总应力强度,与轴向加荷条件下的强度规律不同;侧向卸荷条件下的初始卸荷模量小于轴向加荷条件下的初始卸荷模量,与平均固结压力呈线性关系;任一时间的卸荷变形模量仍可表示为切线模量,并可通过试验成果推导得出;侧向卸荷条件下软土蠕变变形比轴向加载显著,即使在偏应力不大时仍占总变形的较大比例;应变率随时间的下降呈较好的双对数线性关系,可以建立考虑剪应力水平对初始应变率影响的线性经验公式来估算某级荷载下应变率随时间的发展。     

平面变形超固结软黏土蠕变特征

通过对原状软土进行平面变形蠕变试验,研究超固结软土平面变形条件下的蠕变特征。研究表明,正常固结软土平面变形蠕变的体变过程,和一维变形条件下正常固结软土的次固结过程具有相同的规律,在主应力比与K₀状态相同时,相对于一维变形平面变形情况具有较小的轴向变形;平面变形条件下,采用土体受到的不同时期的体积球应力定义超固结比,能够全面地反映超固结软土的超固结特征;平面变形条件下,超固结软土蠕变的体积变形较正常固结状态明显减小,超固结比越大减小程度越明显,由超固结比确定体积蠕变系数具有合理性;平面变形在主应力比为K₀的状态下,超固结软土蠕变的轴向蠕变系数与超固结比负相关,由超固结比直接确定轴向蠕变系数是可行的;平面变形条件下土体的超固结应力历史,使超固结软土相对于正常固结状态具有较大的泊松比,在限制水平变形方向具有较大的主应力。     

超固结软黏土一维蠕变次固结系数与侧压力系数

通过K₀固结原状试样一维蠕变试验,模拟软土地基超载预压卸荷再加荷过程,研究超固结软黏土蠕变过程的次固结系数C_α和侧压力系数K_0r与应力历史的关系。研究结果表明,超固结软黏土的主固结过程相对于正常固结状态有明显缩短,次固结系数C_α与荷载相关,随着 增大而减小,超载预压时间延长导致 增大次固结系数减小。超固结软黏土蠕变过程的侧压力系数K_0r随时间近似恒定,受应力状态和应力历史影响,随再加荷压力增大而减小,随前期固结压力的增大而增大,与 近似成线性关系。依据试验和假定建立的K_0r理论模型,反应了相关条件的影响,无需专用参数,与试验结果具有较高的一致性。一维变形条件下,超固结软黏土的次固结系数C_α与广义剪应力和球应力的比值 具有本质上的联系,符合双曲线规律。     

Numerical Analysis of Time-Dependent Behaviour for the Leaning Tower of Pisa

This study investigates the significance of the creep characteristic in the deformation behaviour of the Pisa Tower through the simulation of creep tests as well as plane strain analyses conducted under non-creep and creep conditions. Creep effects account for up to 1.7 degrees of tilting and one meter of settlement. In addition, creep increases the mean effective stresses and decreases the deviatoric stresses in the clay layers. An extensive model parameter sensitivity study shows that the deformation behaviour of the Tower is not controlled by any specific model parameter, but each model parameter becomes more sensitive under high stress level. The total tilt of 5.5 degrees could not be achieved by simply changing the values of model parameters. Other factors may have also contributed to the deformation of the tower, which could not be considered by the current model.     

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。     

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。