飽和軟粘土的流變和循環(huán)流變特性研究.pdf

1、當(dāng)前，隨著交通的日益繁忙，軟粘土路基的沉降問題已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注，如何控制和減少軟粘土路基的長(zhǎng)期沉降已經(jīng)成為道路工程界和巖土工程界共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題。但由于長(zhǎng)期以來道路工程土力學(xué)和傳統(tǒng)的巖土工程土力學(xué)作為兩個(gè)不同學(xué)科而各自發(fā)展，導(dǎo)致現(xiàn)行道路設(shè)計(jì)還主要依靠經(jīng)驗(yàn)方法，而傳統(tǒng)土力學(xué)中的以彈塑性理論為核心的本構(gòu)模型理論在道路工程中很少涉及。從而使路基軟粘土的變形機(jī)理得不到充分了解，進(jìn)而不能采取合理和有效的方法來控制和減小路基的沉

2、降。本文以傳統(tǒng)巖土工程土力學(xué)為出發(fā)點(diǎn)，較為系統(tǒng)地總結(jié)了飽和軟粘土在循環(huán)荷載和流變作用下的變形機(jī)理，建立了能夠合理描述軟粘土承受循環(huán)流變作用下的本構(gòu)模型，從而為下一步探索控制和減少長(zhǎng)期沉降的有效途徑提供可靠的理論依據(jù)。因此，本課題具有重大的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。本課題取得了如下創(chuàng)新性的研究成果：1.在試驗(yàn)室內(nèi)運(yùn)用CSS-2901TS型土體三軸流變?cè)囼?yàn)機(jī)，對(duì)上海第4層淤泥質(zhì)軟粘土進(jìn)行了長(zhǎng)期流變和循環(huán)流變?cè)囼?yàn)，得出其在不同圍壓

3、、不同偏壓和不同動(dòng)應(yīng)力作用下的變形規(guī)律，發(fā)現(xiàn)圍壓相同時(shí)，偏壓比大，試樣的流變變形大，而偏壓比相同時(shí)，圍壓大，流變變形也大。循環(huán)流變?cè)囼?yàn)總體規(guī)律和流變?cè)囼?yàn)相同，但有兩點(diǎn)也需要特別注意，第一，循環(huán)加載作用下的變形不僅僅與循環(huán)動(dòng)應(yīng)力有關(guān)，還與初始靜應(yīng)力有關(guān)，即初始靜應(yīng)力大而循環(huán)動(dòng)應(yīng)力小的可能比初始靜應(yīng)力小而循環(huán)動(dòng)應(yīng)力大的循環(huán)累積變形大；第二，在長(zhǎng)時(shí)間施加較大的循環(huán)荷載后，由于試樣超固結(jié)比較大，導(dǎo)致試驗(yàn)在接下來的流變過程中的流變變

4、形被抑止。2.基于邊界面模型的基本框架，建立了一個(gè)適用于正常固結(jié)和超固結(jié)重塑粘土的邊界面彈粘塑性本構(gòu)模型。該模型吸收了Borja系列模型、Kutter和Sathialingam模型以及Al-Shamrani和Sture模型的優(yōu)點(diǎn)，采用滯后變形的思想，將總變形分為彈性變形、瞬時(shí)塑性變形和滯后粘塑性變形三部分，其中彈性變形和瞬時(shí)塑性變形運(yùn)用經(jīng)典彈塑性理論來計(jì)算，而滯后變形又進(jìn)一步可以分為體積蠕變和剪切蠕變，體積蠕變采用Taylo

5、r公式來計(jì)算，剪切蠕變則由體積蠕變反算得到，模型中的隱式蠕變時(shí)間采用Borja(1992)方法來計(jì)算。由于邊界面的引入，本文模型不僅可以描述正常固結(jié)土的流變，還可以描述超固結(jié)圖的流變。另外，本模型參數(shù)較少，且大部分參數(shù)物理意義明確，在巖土工程中經(jīng)常采用，為廣大巖土工程界所熟悉。通過對(duì)多種粘土的多組試驗(yàn)結(jié)果的模擬，表明所提出的本構(gòu)模型具有較好的預(yù)測(cè)能力和較為廣泛的適用性。3.為了模擬路基軟粘土所承受的循環(huán)流變特性，首先對(duì)以廣義

6、劍橋模型屈服面為邊界面的邊界面粘塑性模型的插值函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提出了一個(gè)新邊界面模型，使其更適合描述土體的循環(huán)變形特性，并用Li等(2002)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這個(gè)新模型的合理性。然后根據(jù)新建立的邊界面模型，對(duì)邊界面流變模型這個(gè)靜力模型進(jìn)行改進(jìn)，使其不僅能單獨(dú)考慮土體的流變效應(yīng)和循環(huán)加卸載效應(yīng)，還能考慮交通荷載作用下軟粘土路基的在循環(huán)荷載和流變耦合作用下的變形特性。該模型由于是在邊界面流變模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，故保留了邊界面流