成都黏土蠕變特性及非線性蠕變本構(gòu)模型研究

1、成都黏土蠕變特性及非線性蠕變本構(gòu)模型研究成都黏土廣泛分布于四川盆地西部、西北部丘陵及高階地 , 主要呈褐黃色和 褐紅色, 具有含水率高、壓縮性大、強(qiáng)度低和結(jié)構(gòu)性強(qiáng)等特點(diǎn)。成都黏土在長期 荷載的作用下 , 會發(fā)生明顯的蠕變變形 , 這將嚴(yán)重影響基坑工程、 路基工程和邊坡 工程的穩(wěn)定性。因此, 研究成都黏土的蠕變特性 , 構(gòu)建適用于成都黏土的非線性蠕變本構(gòu)模 型具有重要的理論價(jià)值和工程意義。 由于成都黏土的形成地質(zhì)條件和物質(zhì)組成隨 著地域的差異而不同 , 其性質(zhì)也必將有所不同。本文以成都御龍山和洛帶兩地的黏土為例 , 展開了成都黏土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)和 蠕變特性試驗(yàn)研究 ;構(gòu)建了關(guān)于成都黏土的三個(gè)新的非

2、線性蠕變本構(gòu)模型 , 分析 了各蠕變模型的參數(shù)特性 , 通過擬合驗(yàn)證分析了各蠕變模型的適用性、科學(xué)合理 性和優(yōu)越性。具體內(nèi)容如下 :(1) 通過室內(nèi)土工試驗(yàn) , 分析了御龍山和洛帶兩地黏 土的根本物理力學(xué)性質(zhì) ; 得出了成都黏土在不同含水率和圍壓條件下的破壞偏應(yīng) 力和土水特性 , 塑性指數(shù)和液性指數(shù)較大、級配較好等結(jié)論。為成都黏土的蠕變試驗(yàn)奠定了根底。 (2) 通過三軸固結(jié)不排水蠕變試驗(yàn) , 分析 了御龍山和洛帶兩地黏土蠕變試驗(yàn)曲線特性、 長期強(qiáng)度特性、 彈性模量以及黏滯 系數(shù)的加載特性、時(shí)效特性和水化特性 , 明確了兩地黏土蠕變彈性模量和蠕變黏 滯系數(shù)的非定常特性。為成都黏土非線性蠕變本構(gòu)模

3、型的構(gòu)建奠定了根底。 (3) 構(gòu)建非線性蠕變模 型時(shí), 根據(jù)蠕變曲線特性分別確定應(yīng)力 -應(yīng)變和應(yīng)變 -時(shí)間的非線性關(guān)系 , 并根據(jù) 蠕變曲線相似性原理構(gòu)建一個(gè)新的非線性經(jīng)驗(yàn)蠕變本構(gòu)模型 ; 將成都黏土的蠕變 變形分為線性和非線性兩局部 , 分別確定模型 , 并根據(jù)蠕變變形統(tǒng)一原理構(gòu)建一 個(gè)新的非線性半理論經(jīng)驗(yàn)蠕變本構(gòu)模型 ;在分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)黏性元件的根底上 , 構(gòu)建 分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)蠕變模型 , 并考慮彈性模量和黏滯系數(shù)的非定常性 , 構(gòu)建一個(gè)新的分 數(shù)階導(dǎo)數(shù)非定常蠕變本構(gòu)模型。(4) 分析了各個(gè)非線性蠕變模型中參數(shù)的特性 , 得出了參數(shù)對蠕變模型在描 述成都黏土蠕變特性時(shí)的影響方式和規(guī)律 ; 同時(shí),

4、通過對成都黏土蠕變試驗(yàn)的擬 合驗(yàn)證分析 , 發(fā)現(xiàn)非線性經(jīng)驗(yàn)蠕變模型僅適用于衰減蠕變階段 , 半理論經(jīng)驗(yàn)蠕變 模型和分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)蠕變模型適用于蠕變?nèi)^程 , 尤其是后者對加速蠕變的描述具 有明顯的優(yōu)勢 ; 驗(yàn)證了在非線性蠕變模型中考慮彈性模量和黏滯系數(shù)的非定常性 是十分必要的 ; 通過參數(shù)特性和擬合驗(yàn)證的分析 , 說明了所構(gòu)建的非線性蠕變本 構(gòu)模型的適用性和科學(xué)合理性。本文著重研究了成都黏土的蠕變特性 , 分析了蠕 變過程中黏土性質(zhì)的變化規(guī)律 ; 并在此根底上構(gòu)建了三個(gè)新的非線性蠕變本構(gòu)模 型,分析了模型的參數(shù)特性 , 驗(yàn)證了模型的適用性和科學(xué)合理性。為成都黏土區(qū)域的根底工程設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)提供參考意見 ;同時(shí), 拓寬了成 都