重塑粉质黏土的蠕变特性及蠕变模型研究

摘要

地基土变形的时间效应是引起各类建（构）筑物长期沉降及结构损坏的基本原因之一。粉质黏土是长江中下游地区常见的地基土质条件之一，因此研究粉质黏土力学变形的时间效应对指导地下工程及地基工程的实践具有重要意义。本文通过室内试验与离散元数值模拟，从宏观与细观角度对粉质黏土的蠕变特性和蠕变过程中试样内部细观结构演化开展研究，主要工作内容和成果如下。
　　1、通过对重塑粉质黏土进行不同加载分级方式下的等压固结蠕变试验，分析了不同应力水平下和不同加载分级条件下试样的体应变蠕变特性。研究发现:应力水平越高，试样的蠕变现象越明显，且蠕变稳定的速度也越慢，蠕变变形曲线表现出明显的非线性;当最终加载量相同时，不同加载级数对试样的最终体应变量的影响甚微。
　　2、通过对重塑粉质黏土进行了不同加载分级方式下的三轴剪切蠕变试验，研究了粉质黏土在不同偏应力水平下和不同偏应力分级方式作用下的偏应变蠕变特性。试验表明粉质黏土的偏应变蠕变变形具有明显的非线性;而且发现，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的影响显著，即加载分级越多，最终的偏应变量越小。
　　3、采用“Cassagrande”作图法和孔压消散法对粉质黏土在不同加载条件下的主次固结变形阶段进行了划分。通过比较发现，前者所确定的tEOP要超前于后者所确定的tEOP;在等压固结蠕变试验中由“Cassagrande”作图法所确定的tEOP所对应的孔压消散的程度基本上可达到90％左右，而在剪切蠕变试验中由“Cassagrande”作图法所确定的tEOP所对应的孔压消散程度在80％左右。
　　4、采用离散元颗粒流程序对粉质黏土的室内等压蠕变试验和剪切蠕变试验进行细观数值模拟。首先通过细观参数反演实现了室内试验的仿真，然后对试样进行了不同应力水平下的蠕变试验，分析表明，采用作图法划分试样的主次固结阶段具有一定的合理性;在不同应力水平下统计并分析了试样在蠕变过程中细观组构特征参量(孔隙比、平均配位数、法/切向接触的分布）的演化规律，分析表明，等压固结下，试样的细观组构特征趋于各向同性，而在剪切时，试样的细观组构特征向各向异性演化的趋势十分明显，这是导致不同的加载路径下不同的加载分级对试样蠕变变形量有不同的影响的主要原因。
　　5、基于室内试验与数值模拟结果，建立了适合描述粉质黏土蠕变特性的双曲线函数模型，并对模型参数的物理意义和取值方法进行了探讨。研究发现，模型参数取值与应力水平及试样的初始孔隙比有关;结合本文试验结果和模拟试验，给出了粉质黏土等压固结蠕变和剪切蠕变双曲线模型参数取值建议。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 土的蠕变特性

1．2．2 土的蠕变特性研究现状

1．2．3 存在问题分析

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究技术路线

第2章 重塑粉质黏土蠕变特性的室内试验研究

2．1 引言

2．2 试验方法及方案

2．2．1 土样及基本物理性质指标

2．2．2 试验仪器

2．2．3 试验研究方案

2．2．4 试样制备及试验方法

2．3 各向等压固结蠕变试验的结果及分析

2．3．1 全过程变形曲线分析

2．3．2 主次固结阶段的划分

2．3．3 次固结特性分析

2．4 三轴剪切蠕变试验的结果及分析

2．4．1 全过程变形曲线分析

2．4．2 主次固结阶段的划分

2．4．3 次固结特性分析

2．5 本章小结

第3章 室内三轴蠕变试验的离散元细观数值模拟研究

3．1 引言

3．2 离散元法基本理论

3．2．1 基本思想

3．2．2 基本原理

3．2．3 颗粒流细观接触本构模型选取

3．2．4 PFC2D中细观参数的计量

3．2．5 离散元数值模拟的一般程序

3．3 PFC2D数值试验细观参数的反演

3．4 等向压缩蠕变试验的离散元细观数值研究

3．4．1 等向压缩蠕变试验数值模拟方法及方案

3．4．2 离散元数值模拟结果分析

3．4．3 试样的细观结构演化分析

3．5 剪切蠕变试验的离散元细观数值模拟研究

3．5．1 三轴剪切蠕变试验数值模拟方法及方案

3．5．2 离散元数值模拟结果分析

3．5．3 试样的细观结构演化分析

3．6 本章小结

4．1 引言

4．2 现有蠕变模型

4．2．1 几种常见拟合函数

4．2．2 Singh-Micthell蠕变模型

4．2．3 Mesri蠕变模型

4．2．4 元件模型

4．2．5 非线性对数蠕变模型

4．2．6 现有模型存在的问题分析

4．3 本文的双曲线函数蠕变模型

4．3．1 模型的建立

4．3．2 等压固结蠕变双曲线经验模型的参数分析

4．3．3 三轴剪切蠕变双曲线经验模型的参数分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 进一步研究展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间所获成果简介

致谢