天然軟粘土的流變特性.pdf

1、我國東南沿海地區(qū)廣泛分布著深厚的軟弱粘土層，隨著經(jīng)濟社會的迅猛發(fā)展，越來越多大型的建(構(gòu))物選擇修建于其上，這也為巖土工程界的設(shè)計和研究人員提出了更高地要求和挑戰(zhàn)。天然軟粘土的流變特性和循環(huán)剪切特性是決定軟弱地基及其上部結(jié)構(gòu)工后沉降和穩(wěn)定性的主要因素，對其進行系統(tǒng)的研究將具有重要的工程實際意義，本文的研究和討論也是圍繞這一主題而展開的。 論文首先總結(jié)了前人的工作，并采用室內(nèi)土工試驗的手段，對K0固結(jié)原狀溫州粘土的流變性狀展開研究

2、，以期對天然軟土的流變性狀及機理有更為全面的認識。在此基礎(chǔ)上，建立了一個能反映K0固結(jié)軟粘土流變性狀的彈粘塑性本構(gòu)模型，通過進一步細化分析粘塑性軟土各向異性的演化，引入了與模型相匹配的旋轉(zhuǎn)硬化規(guī)律，提高了模型的適用性。然后采用此流變模型，分析了粘土屈服性狀和強度的應(yīng)變率效應(yīng)，給出了相關(guān)應(yīng)變率效應(yīng)參數(shù)的解析表達。最后對K0固結(jié)原狀溫州粘土進行了不排水的循環(huán)剪切試驗，考察了粘土的循環(huán)累積性狀和強度弱化效應(yīng)，并采用本文流變模型對其循環(huán)剪切性狀

3、進行了模擬。 綜上所述，本文在分析天然軟粘土的流變性狀的過程中，主要完成了以下一些工作： 1.開展了針對原狀軟粘土流變性的試驗研究。通過一系列針對性的一維和三軸室內(nèi)試驗，對原狀溫州粘土的蠕變性狀以及壓縮性和剪切性狀的率相關(guān)性進行了系統(tǒng)的考察，補充完善了溫州粘土工程性狀的試驗成果，同時為本文建立的彈粘塑性本構(gòu)模型提供必要的計算參數(shù)。 2.建立了K0固結(jié)軟粘土的彈粘塑性本構(gòu)模型。借鑒過應(yīng)力理論的建模思想，引入了對應(yīng)于

4、土體正常固結(jié)狀態(tài)的參考面f，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一般應(yīng)力條件下的彈粘塑性本構(gòu)模型?？紤]原位土體K0固結(jié)歷史誘發(fā)的各向異性影響，模型的加載面和參考面均為傾斜橢圓。通過與試驗結(jié)果對比，驗證了模型的有效性。 3.研究了K0固結(jié)粘塑性軟土的旋轉(zhuǎn)硬化規(guī)律。考慮到土體粘性的影響，在本文流變模型的基礎(chǔ)上引入了與之相匹配的旋轉(zhuǎn)硬化規(guī)律，并通過考察等向固結(jié)過程中土體的體積變形，推求了旋轉(zhuǎn)硬化參數(shù)b的解析表達式。通過計算對比和參數(shù)b的敏感性分析，探討了

5、引入旋轉(zhuǎn)硬化規(guī)律的必要性。 4.分析了K0固結(jié)軟粘土的應(yīng)變率效應(yīng)。利用本文建立的彈粘塑性本構(gòu)模型，定量考察了表觀先期固結(jié)壓力和三軸不排水強度的應(yīng)變率效應(yīng)，得到了各自的應(yīng)變率效應(yīng)參數(shù)的解析表達式。采用不同的強度取值標準，由本文模型分別獲得了K0固結(jié)軟粘土的不排水壓縮和拉伸強度的解析解。本文關(guān)系的計算結(jié)果與現(xiàn)有多數(shù)應(yīng)變率效應(yīng)試驗結(jié)果均吻合較好。 5.開展了針對原狀軟土循環(huán)剪切性狀的試驗研究。通過對K0固結(jié)原狀溫州粘土進行不同

6、幅值、不同頻率條件下的三軸不排水循環(huán)剪切試驗，系統(tǒng)分析了土體在循環(huán)剪切過程中的應(yīng)變累積，殘余孔壓和動強度等特性，詳細探討了荷載頻率對土體循環(huán)剪切性狀的影響。同時對粘土在循環(huán)加載后的靜力抗剪強度弱化進行了定量的試驗研究，得到規(guī)律性的結(jié)論。 6.對天然軟土的循環(huán)剪切性狀進行了流交學模擬。詳細討論了粘土不排水循環(huán)剪切的累積效應(yīng)與靜力蠕變特性的相似性，采用流變學思路，將其應(yīng)力等效為蠕變過程來求解。利用反分析，得到了等效次固結(jié)系數(shù)(C)a