淮南地区粉质黏土的剪切蠕变特性及参数研究

摘要

近年来，随着我国经济的飞速发展，工程建设的领域和规模也越来越大，因而面临的挑战也越来越多，其中一个难题就是地基土在复杂条件下的时间变形特性的研究。在工程设计和施工过程中如果忽略了岩土体的时间变形特性，将会产生严重的工程问题，造成极大的安全隐患。粉质黏土在我国分布广泛，其主要物理力学性能表现为高压缩性、高膨胀性、高含水率以及较低的抗剪强度等方面，这些物理力学特性导致其变形具有十分显著的时效性。
　　本文基于土体流变特性的研究现状，以原状和重塑的粉质黏土为研究对象，开展了一系列室内直剪蠕变试验，研究了粉质黏土直剪蠕变特性与含水率、竖向应力以及剪切应力的关系。引入非线性流变理论来分析粉质黏土的剪切流变特性，探究其与时间、应力状态、结构性以及含水率的关系，并提出了幂函数本构关系模型来描述粉质黏土的剪切蠕变特性，具有一定的理论研究价值。通过分析Burgers元件模型的特性来研究淮南地区粉质黏土的剪切蠕变特性，通过与试验值的比较来判断Burgers模型与经验模型的适用性。同时，根据相关理论推导出粉质黏土的长期强度及其影响因素，得出主要结论如下:
　　(1)通过拟合并对比相关系数可知幂函数的函数形式与试验结果的吻合度较高，因此采用稍加修正的幂函数进行拟合。
　　(2)以原状土试验结果为例，经整理分析，可以得出淮南地区粉质黏土剪切模量与时间及竖向应力的具体关系。
　　(3)长期强度与竖向应力呈正比关系，与含水率呈反比关系。粘聚力和内摩擦角随着时间的推移在蠕变过程中均逐渐减小，可用指数函数描述其关系。由此可知淮南地区抗剪强度的降低主要是由于粘聚力的降低引起的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土的室内流变试验研究现状

1．2．2 土的本构模型研究现状

1．2．3 土体流变的数值模拟研究现状

1．3 本文主要的研究内容与技术路线

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 粉质黏土试验及结果分析

2．1 粉质黏土的基本物理性质

2．2 直剪试验及结果分析

2．2．1 重塑土样的制备

2．2．2 直剪试验及结果分析

2．3 直剪蠕变试验及结果分析

2．3．1 试验仪器及试验方案介绍

2．3．2 试验结果统计

2．3．3 试验结果分析

2．4 直剪蠕变机理

2．5 本章小结

3 经验蠕变模型及参数分析

3．1 经验蠕变模型简述

3．2 经验蠕变模型的提出

3．2．1 经验公式的选择

3．2．2 幂函数模型的提出

3．3 幂函数模型参数分析

3．3．1 幂函数模型参数整理

3．3．2 对参数A1的分析

3．3．3 对参数B1的分析

3．4 经验模型的验证

3．5 蠕变变形速率研究

3．6 经验模型参数分析

3．6．1 等时应力应变曲线分析

3．6．2 应力-应变关系分析

3．6．3 剪切模量与时间关系分析

3．6．4 剪切模量与含水率的关系分析

3．7 本章小结

4 元件流变模型

4．1 Burgers模型的提出

4．2 Burgers模型中参数的确定及分析

4．2．1 Burgers模型中参数的确定

4．2．2 粘滞系数的分析

4．2．3 瞬时弹性模量的分析

4．3 元件模型与经验模型对比

4．4 本章小结

5 粉质黏土的长期强度研究

5．1 土的长期强度确定方法

5．2 土的长期破坏准则

5．3 粉质黏土的长期强度模型建立

5．4 长期强度极限指标

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 本文研究内容总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果