地裂缝带Q3原状黄土三维流变本构及长期强度研究

摘要

汾渭盆地是我国乃至世界上地裂缝最为发育,灾害最为严重的地区。区内地裂缝多发育于黄土介质中,黄土的物理力学性质和地层结构为地裂缝的发育提供了独特的孕裂基础。研究隐伏地裂缝在近地表的破裂扩展模式,对地裂缝的预测预警和工程灾害防治具有重要的理论和实际意义。以往对地裂缝成因机制和破裂扩展机理的研究大都基于经典弹塑性力学和弹性断裂力学理论,大型物理模型试验和数值模拟结果均显示隐伏地裂缝的破裂扩展具有反倾特征,这与实际地裂缝剖面结构揭示的倾向一致性不符。这就需要考虑在漫长的地质历史过程中,黄土的蠕变及长期强度等力学特性对地裂缝的破裂扩展模式的影响。
　　基于此,本文以汾渭盆地地裂缝为研究背景,以西安地区长安地裂缝(fc1)金滹沱探槽东壁的Q3原状黄土为研究对象,开展了地裂缝带Q3原状黄土的三维流变本构及长期强度的研究。首先,通过常规三轴压缩试验,揭示了地裂缝带Q3原状黄土的应力应变关系曲线特征及其破坏模式,并得到了不同应变量对应的抗剪强度值及其对应的抗剪强度参数。其次,通过三轴循环加卸载蠕变试验,分析了地裂缝带Q3原状黄土的蠕变曲线及应变速率与时间关系曲线特征,并基于统一流变力学模型理论,得到了地裂缝带Q3原状黄土的三维流变本构模型,建立了模型的本构方程,辨识出了模型参数。最后,基于蠕变试验结果,构建了地裂缝带Q3原状黄土的“分数-线性”形式的长期强度曲线,获得了相应的长期强度方程,进而得到了长期强度及其强度参数。
　　上述成果为隐伏地裂缝破裂扩展模式及其力学机理的理论和数值模拟研究,为隐伏地裂缝场地灾害的预测预报以及建(构)筑物的合理避让和灾害防治奠定了基础。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状及问题

1.3 本文主要研究内容

第二章 流变理论基础

2.1 土的基本流变特性

2.2 流变模型理论基础

2.3 本章小节

第三章 地裂缝带Q3原状黄土常规三轴压缩试验研究

3.1 取样及制备

3.2 常规物理力学试验及指标

3.3 常规三轴压缩试验

3.4 本章小结

第四章 地裂缝带Q3原状黄土流变特性试验研究

4.1 试验仪器

4.2 试验方法及设计

4.3 蠕变试验曲线及分析

4.4 本章小结

第五章 地裂缝带Q3原状黄土蠕变本构模型及其参数辨识

5.1 统一流变力学模型基本原理

5.2 地裂缝带Q3原状黄土蠕变本构模型及其参数辨识

5.3 本章小结

第六章 地裂缝带Q3原状黄土长期强度研究

6.1 长期强度的确定方法

6.2 长期强度方程及强度

6.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢