土工格栅经验型蠕变模型及其参数试验

为了探讨土工格栅在长期荷载作用下的蠕变特性,在不同荷载级别和环境温度的各种组合条件下,针对不同规格的土工格栅进行了长期室内蠕变试验,并根据对蠕变试验结果的综合对比分析,探讨了土工格栅蠕变曲线、荷载-应变等时曲线的一般特征。试验与分析结果表明:荷载级别、环境温度、格栅强度与生产工艺是影响土工格栅长期蠕变特性的重要因素。结合粘弹性理论建立了反映土工格栅蠕变特性的三参数经验型本构模型,提出了合理确定模型参数的试验方法,并通过与试验结果对比,分析了荷载级别和环境温度对蠕变模型参数的影响。所建议的格栅蠕变模型能有效地对土工格栅加筋结构长期工作性能进行分析与评价。

红层滑坡滑带土经验型蠕变模型研究

四川盆地及边缘广泛分布红层边坡,对人类生命财产带来巨大威胁。滑带土的蠕变特性直接关系到红层边坡的长期稳定性,采用CSS-2901TS土体三轴流变试验机进行三轴固结不排水压缩蠕变试验,以研究红层滑坡滑带土蠕变特性。针对蠕变试验成果,结合经验模型理论,通过双曲线函数描述应力-应变关系,并引入Log-Modified函数来描述应变-时间关系,建立一种新的经验型蠕变模型。利用ε/D-ε关系曲线和Levenberg-Marquardt算法及通用全局优化法求解模型参数。采用所建模型对蠕变曲线进行辨识,R2总体在0.97以上,克服了常规经验型蠕变模型难以辨识加速蠕变阶段的困难。经过验证,所建模型能准确地描述红层滑坡滑带土的蠕变特性。

基于蠕变经验模型与指数曲线模型的大坝沉降预测

为检验陕西省榆林市神木县采兔沟水库大坝的灌浆加固处理效果,保证水库安全运行,采用自动监测系统对泄洪洞沉降进行了长期观测,将获得的沉降观测资料估算沉降量及其发展规律以评价大坝地基稳定性。利用蠕变经验模型与指数曲线模型对大坝地基沉降进行拟合预测,分析讨论了两种模型的适用性。结果表明:蠕变经验模型预测曲线与指数曲线模型预测曲线均与原始观测数据的拟合程度接近,能较好地反映灌浆加固处理后大坝沉降的规律,两者相互印证,提高了大坝沉降预测的可靠度。

饱和软土的经验型蠕变模型

通过漳州地区饱和软土的三轴排水与不排水蠕变试验,得到不同偏应力下蠕变曲线和应力-应变等时曲线,发现应力-应变等时曲线可以用一双曲线函数来描述,在此基础上建立应力-应变关系采用双曲线关系,应变-时间关系采用幂函数的经验型蠕变方程。研究结果表明:该模型具有参数少、适用性强的特点;模型参数可以一组蠕变试验数据得到的蠕变曲线中获得,对模型中的参数n可采用分段求平均值的方法提高拟合精度,利用该模型数据拟合的相关系数R2可达0.98;该蠕变方程较Singh-Mitchell模型、Mesri模型能更好地拟合试验数据,较好地反映和预测饱和软土的蠕变特性。

高应力条件下黄土三轴蠕变试验及经验模型

为研究高填方地基黄土在高应力条件下的蠕变特性及其随深度的变化规律,在不同围压下针对陕西延安机场高填方黄土进行三轴固结不排水蠕变试验。采用"陈氏法"对试验数据分析处理,获得分别加载下各围压的蠕变曲线和应力-应变等时曲线。试验发现黄土的蠕变特性在高应力与低应力水平下有显著不同:其应力-应变关系在低应力条件下近似呈线性特性,高应力条件下表现出明显的非线性特性。以围压600kPa为例,由指数函数描述应力-应变关系,双曲线函数描述应变-时间关系,建立了适合延安机场并可以反映高应力条件下黄土蠕变特性的经验模型。将Mesri模型、Singh-Mitchell模型与经验模型比较,发现该模型与试验数据拟合度高、形式简洁、参数少且易获取,能更好地对延安机场黄土的蠕变特性进行反映和预测。

人工冻结黏土经验模型参数确定及蠕变规律验证

人工冻结法不仅常用于软土、砂层中地铁旁通道开挖及基坑围护等工程,在富水、深厚岩土层矿山井筒建设中也常采用此方法。掌握人工冻土物理力学性质及蠕变规律对安全、快速施工至关重要。对采用冻结法施工的某矿立井深部地层黏土进行-5、-8、-10、-15℃下单轴抗压强度试验及不同应力水平的蠕变特性试验。试验结果表明:抗压强度与冻结温度呈线性相关;在同一试验温度下,随着应力等级升高,轴向变形呈上升趋势;在同一应力水平下,随着试验环境温度下降,轴向变形呈下降趋势。引入考虑温度效应的经验蠕变模型,在各负温及不同应力水平下的应变与时间取对数具有线性关系的基础上,将线性表达式代入对应公式中联立方程组进行求解确定模型参数。将模型计算值与试验数据进行对比,反映出该模型能够较好地模拟人工冻结黏土蠕变初始变形阶段和稳定变形阶段。所建立的模型具有参数较少、易于确定、参数物理意义明确等优点,为冻结壁设计提供了一种有效的计算方法。

考虑初始应变的成都黏土分数阶导数经验蠕变模型

以成都黏土为研究对象,通过蠕变试验发现黏土变形包括瞬时弹性变形及蠕变变形,蠕变以衰减蠕变和加速蠕变为主,并且在第二级加载后具有显著初始应变。基于分数阶导数理论构建了应变时间的分数阶数学关系,采用双曲线关系构建了应力应变数学关系,并最终建立了考虑初始应变的成都黏土分数阶导数经验蠕变本构模型。通过模型的拟合验证,发现分数阶导数蠕变模型对各组蠕变试验的拟合规律一致,拟合系数均大于0.98,拟合初始应变与蠕变试验数据吻合,分数阶阶数n在前三级加载时均小于1,最后一级加载时大于1,表明在蠕变模型中考虑初始应变参数是有必要的,本文蠕变模型可有效反映成都黏土的非线性蠕变性质。因此,分数阶导数经验蠕变本构模型可有效地描述成都黏土蠕变全过程。

温度效应下的冻结砂土经验蠕变模型分析

为保证地下工程土体在开挖过程中的稳定性和安全性,通常利用人工冻结法建立临时冻结壁,探究在低温条件下周围土体的强度特性、蠕变变形规律等物理力学行为至关重要。在冻结砂土单轴抗压强度试验基础上,对其进行不同温度以及加载应力下的单轴压缩蠕变试验,并进行影响因素分析。引入S-M经验蠕变模型,考虑温度和加载应力的影响,对模型参数进行识别,得到改进的冻结砂土S-M经验蠕变模型。西北地区的砂土单轴压缩蠕变试验结果表明,该模型能较好地预测冻结砂土衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段的变形值,为人工冻结法更好地应用于实际工程提供一种理论支撑。

基于一维固结试验的压实黄土蠕变模型

运用高压固结仪对压实黄土进行了长期蠕变试验,试验结果发现,压实黄土有很明显的蠕变变形,蠕变变形占总变形的6%-23%。试样含水率越高,压实度越小,蠕变占总变形的比例也越大,随着应力水平的提高,蠕变占总变形的比例减小。提出了适合描述压实黄土变形规律的非线性经验蠕变模型,结合分层总和法,对此模型进行了验证,并运用此模型,研究了不同含水率、不同压实度下黄土高填方工后沉降的变化规律,发现工后沉降与填料压实度和含水率之间符合对数关系。若以工后沉降速率v〈0.1 mm/d为工后沉降稳定标准,则高填方沉降在工后200-650 d稳定,且压实度越高,含水率越低,沉降稳定需要的时间越长。

重塑黄土三轴蠕变特性研究及模型分析

采用SR-6型三轴蠕变仪对陕西省泾阳县某边坡重塑黄土进行了一系列室内三轴固结排水蠕变试验,着重研究了90%压实度下重塑黄土在不同含水率与围压下的蠕变特性,并依据试验资料建立了两种经验蠕变模型。结果表明：该地区黄土具有明显的流变特性,总体呈非线性衰减蠕变;围压与含水率均对蠕变特性有着显著的影响,土样在小围压、大含水率的条件下蠕变现象明显且蠕应变较大;同等荷载增量引起的应变增量的突然放大,预示着该级荷载已经超过土体的屈服应力值,土样产生黏塑性变形;两种模型的建立均能恰当地描述土体在20%~65%偏应力水平下的蠕变特性,且模型简单,参数易得。

基于固结理论和蠕变模型的软土固结蠕变理论

通过分级加荷的方式对天津滨海新区经过真空预压处理后的软土进行一维压缩蠕变试验.根据试验所得到的成果,在Terzaghi一维固结理论的基础上,用修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型建立了一个新的一维固结微分方程.该方程以一维压缩蠕变试验中所获得的土体力学指标作为计算参数,考虑了软土在主固结阶段结束后所产生的蠕变变形.利用该方程对不同深度和不同应力水平下的试样进行固结和蠕变计算,计算结果与试验结果很接近,表明该方程能够充分反映软土的应力、应变和时间的关系,适用于天津滨海新区的吹填软土地基.

自然与饱水状态下深部斜长角闪岩蠕变特性

通过金川深部斜长角闪岩单轴压缩蠕变实验,选取典型蠕变曲线,发现该岩石黏弹性、黏塑性变形较瞬时变形偏小,卸载后弹性后效不显著。在5.1 MPa轴向应力下,自然状态的岩样近似纯弹性特征。饱水状态下岩样瞬时强度σ′b和长期强度σ′∞总体低于自然状态,且σ′∞已接近深部高地应力,因此,对于深部节理、裂隙很发育的岩体,应特别注意巷道排水,防止围岩因长期强度降低而导致巷道变形和破坏。自然与饱水状态下岩样瞬时弹性应变εme、瞬时塑性应变εmp随应力增大而增加,但增速逐渐放缓,饱水状态下塑性变形更显著;相同应力下,饱水状态岩样蠕变量大于自然状态,应变速率也总体快于自然状态,2种状态的蠕变速率在20~30 h时都逐渐稳定,且速率曲线随应力增大,微裂隙压密,彼此逐渐靠近,岩样处于相对硬化阶段;当轴向应力达到66.3 MPa后,饱水状态蠕变速率有相对加速趋势,速率曲线随应力增大先往左下移动,再朝右上移动,而自然状态蠕变速率曲线总体向右上移动。最后,通过蠕变数据分析,推导γ=ασk型经验方程,对蠕变试验数据进行回归拟合,拟合结果证明该蠕变经验模型的正确性。金川矿区斜长角闪岩蠕变实验研究为分析深部巷道该类围岩流变稳定性及支护方案优化等提供有效帮助。

复杂应力下黄土蠕变特性试验研究

为了研究陕西省杨凌示范区黄土边坡的稳定性,采用改进的应力型三轴蠕变仪对所取黄土试样进行了一系列室内三轴固结不排水蠕变试验。试验结果表明:含水率、干密度、偏应力水平对黄土的蠕变特性均有较大的影响,表现为含水率一定,偏应力愈大时,黄土的蠕变变形量较小;偏应力水平一定时,含水率愈大,蠕变现象愈明显,产生的蠕变应变量愈大;其他条件相同时,干密度愈大,黄土试样的蠕变变形愈小。在黄土边坡治理工程中可通过改善边坡排水和增加边坡土体压实情况减小蠕变破坏的可能性。通过对试验数据分析得出了适合杨凌地区黄土的经验蠕变模型,通过与Singh-Mitchell模型和Mesri模型的比较发现,该模型具有精度高、参数少且易获取的优点,并能很好地描述黄土的蠕变特性。

黄土三轴剪切蠕变特性研究

以陕西省杨凌示范区某黄土边坡黄土试样为研究对象,进行了一系列室内三轴剪切蠕变试验,对三轴应力条件下黄土的剪切蠕变特性进行了研究,分析了时间、偏应力水平对应变速率的影响。建立了适合杨凌地区黄土的经验蠕变模型,通过与Burgers模型的比较发现,该经验蠕变模型具有精度高、参数少且获取途径简便的优点,能够很好地描述杨凌地区黄土的应力–应变–时间关系。另外,由试验资料发现三轴应力条件下黏滞系数与偏应力、时间具有密切的关系,并推导出黏滞系数与偏应力、时间的经验公式,并对该经验关系进行了验证。

考虑次固结效应的流变固结理论研究

软土的固结与蠕变是土力学研究和工程建设中需要考虑的重点问题,但是传统的固结理论,例如太沙基固结理论没有考虑软土的流变特性,对软土的次固结沉降无法做出准确的解释。为了研究软土的固结与蠕变以及次固结沉降特性,掌握其应力和变形规律,本文对传统的固结理论进行了改进。在太沙基一维固结理论的基础上,利用次固结系数和修正的SinghMitchell经验蠕变模型,建立了考虑次固结效应的一维流变固结微分方程。在太沙基三维固结理论和比奥固结理论的基础上,利用修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型,建立了考虑次固结效应的三维流变固结微分方程。新建立的流变固结微分方程能够更加准确地反映软土固结和蠕变性状的应力-应变-时间关系,为软土固结沉降研究提供新的理论依据。