基于伯格模型的非饱和土蠕变模型构建

滑坡变形发展一般都要经历一定的时间过程,同时在降雨以及库水位变动下,滑坡土体常处于非饱和状态,因此构建考虑基质吸力的非饱和土蠕变模型具有非常重要的意义。以三峡库区某滑坡滑带土非饱和蠕变试验数据为基础,基于伯格模型和非饱和土力学原理及相关假设条件,构建了适合该滑坡滑带土的非饱和蠕变模型。接着,利用非线性回归算法对模型参数进行求解,并将该模型预测值与试验值进行对比,验证了该模型的合理性。最后,考虑模型参数与净围压之间的线性相关性,对模型进一步修正,并验证了修正后模型的有效性。构建的非饱和土蠕变模型能较好地反映该滑坡滑带土的非饱和蠕变特性,其对预测该滑坡的长期变形具有重要的意义。     

黄土坡滑坡原状滑带土的蠕变与应力松弛性质

为了更好的研究黄土滑坡滑带土的蠕变与应力松弛特性,从黄土滑坡地下硐室群内采集大尺 寸原状滑带土样,在分级加载条件下进行蠕变和应力松弛试验,得到不同应力等级下的蠕变曲线和应力 松弛曲线。基于试验结果,分析了黄土滑坡滑带土的流变特性。选取西原模型作为该滑带土的流变模 型,并对应力松弛的本构方程进行了参数拟合,得到了模型参数。分析得到了适合该滑坡滑带土的经验 方程,并且进一步研究了应力、应变与时间三者之间的关系,通过回归分析得到了黄土滑坡滑带土的应 力松弛函数。     

某大型水库库区滑坡滑带土蠕变试验研究

滑坡滑带土的蠕变特性往往对滑坡的稳定性评价有着重要意义。以湖北省某大型水库库区滑坡为研究背景, 宏观分析了滑带土岩性、矿物成分、物理力学特征等因素对蠕变特性的影响,进而对崩滑体滑带土进行了剪切蠕变试验研究。试验表明,滑带土具有较强的蠕变特性,表现为滑带土在荷载等级较低时,变形速率随时间减小,最后趋于零,为衰减蠕变的过程;在荷载等级相对较高时,尤其在最高荷载等级时,变形速率随时间增大,最终趋于某个极限值或至试样破坏,表现为非衰减蠕变过程;Burgers蠕变模型相比其他模型而言,更符合库区滑坡滑带土本构模型,通过蠕变方程参数的辨识,得到了滑带土的蠕变本构方程;通过蠕变曲线得到了滑带土的长期强度,该强度比相应应力状态下的峰值强度减少20%左右。     

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。     

黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性研究

 为了研究黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性和长期强度,进行了室内流变试验。试验表明,滑带土具有较强的流变特性。基于非线性Boltzmann迭加原理处理的蠕变曲线簇具有很好的相似性。并根据蠕变试验成果,建立了反映滑带土蠕变特性的Burgers蠕变模型,进行了定常Burgers蠕变模型的参数辨识。最后,比较了滑带土的长期强度包线与峰值强度包线,结果表明,长期强度要比相应的应力状态下的峰值强度减少30%左右。     

基质吸力对灰岩区滑带土强度影响的试验分析

基质吸力是非饱和土中水-土耦合作用的重要力学参数,对于研究非饱和土抗剪强度、降雨或库水位变化诱发的滑坡稳定性具有重要意义。为了探究降雨诱发的基质吸力变化对灰岩区滑带土的影响,通过标准应力途径三轴试验系统,对4组不同基质吸力条件下、3组不同净围压下的试样进行试验,分析得到基质吸力与最大剪应力的关系曲线、应变与剪应力的关系曲线、净围压与剪应力的关系曲线,采用非饱和土双应力变量强度理论进行分析。结果表明:相同基质吸力条件下,剪应力随着剪应变的增加呈现快速增长和缓慢增长2个阶段,其界限点在剪应变10%处;在相同围压条件和非饱和条件下,剪应力随着基质吸力的增加而增加;总黏聚力与基质吸力呈线性关系,其增长斜率夹角即基质吸力相关角为15.5°;当基质吸力为0,30,60,90 kPa时,其总黏聚力分别为22.7,33.4,43.8,46.9 kPa,内摩擦角分别为21.8°,23.6°,26.2°,24.5°。根据Fredlund和Ralaadjo非饱和土双应力强度理论,提出了该滑坡滑带土的抗剪强度修正公式,研究成果可为非饱和土抗剪强度的进一步研究提供参考。     

红层滑坡滑带土蠕变力学特性及经验模型研究

土体蠕变本构经验模型由于拟合参数无明确物理意义难以推广。为解决经验模型适用性弱的难题,在传统Mesri经验模型的基础上,保留原有双曲线方程描述应力-应变关系,引入分数阶微积分理论反映土体应变-时间关系,使经验模型参数物理意义更为明确,得到改进后的蠕变经验模型。利用该模型对西南地区某红层滑坡滑带土和相关文献中的黄土和高含盐细砂土蠕变数据进行辨识对比,证明本模型的可行性和适用性,可为土体蠕变经验模型构建及红层边坡长期稳定性分析提供参考。     

基于非饱和蠕变模型的滑坡长期变形数值模拟

绝大多数滑坡的发生都与水直接相关,滑坡土体经常处于非饱和状态,而坡体的失稳破坏大都经历了一个时间过程,即滑坡变形具有蠕变性质。因此,绝大多数滑坡的失稳过程实质为非饱和蠕变过程,数值模拟时考虑渗流耦合蠕变效应更能符合滑坡变形的真实状态。根据前期研究成果所得的非饱和土非线性蠕变模型及其三维形式,采用试验数据对模型进行验证。由于常规商业有限元软件没有提供适合特定土体的非饱和蠕变模型,编制了基于渗流及蠕变耦合计算的有限元计算程序,并利用该程序对树坪滑坡在库水位变动下的变形过程进行了数值模拟。结果表明,计算结果与实际变形的监测值趋势比较接近,说明本文所建立的蠕变模型合理,编制的程序可靠,可用于实际滑坡的长期变形计算。     

某滑坡滑带土蠕变特性试验研究

引入和比较了Singh—Mitchell和З.Г.Тер-Мартиросян两个蠕变模型,并发现当取时间t=t1时这两个模型具有完全相同的形式,由此说明了模型的正确性和广泛适用性。借助于三轴蠕变仪对清江水布垭古树包滑坡滑带土进行了不同固结压力、不同剪应力水平下的蠕变试验。试验结果不仅符合Singh—Mitchell蠕变模型．而且还得出了蠕变参数与固结压力及剪应力水平无关的结论。     

临江Ⅱ号崩滑体土水特征曲线试验研究

三峡水库蓄水后导致许多滑坡失稳,使人们认识到研究非饱和土性质的重要性。为研究巴东黄土坡滑坡土的非饱和性质,选取临江Ⅱ号崩滑堆积体的滑带土及滑体土作为试验对象,按其天然状态配置成重塑样,分别进行了土水特征试验及变水头渗透试验,得到了滑体土和滑带土在不同基质吸力条件下所对应的体积含水率和渗透系数;并对其土水特征试验曲线进行拟合, Fredlund-Xing方程拟合效果优于Gardner方程和指数衰减方程。同时发现土水特征试验在施加第一级基质吸力时很重要,这将影响试验曲线的形状。研究成果将对水库蓄水作用下的库岸滑坡稳定性评价有指导意义。     

三峡库区某滑坡土非饱和松弛特性 试验研究及模型建立

为了解基质吸力对非饱和土松驰特性的影响,利用GDS非饱和三轴仪的高级加载模块对三峡库区某滑坡土样开展了不同基质吸力的非饱和松弛试验,选取了与试验松弛曲线较一致的指数函数、对数函数、幂函数分别进行了曲线拟合,在对3种拟合结果进行对比分析基础上,确定了拟合精度最高的幂函数作为松弛模型,并分别求出了不同基质吸力作用下松弛曲线的模型参数。同时分析了各模型参数与基质吸力之间的相关性,并建立了模型参数与基质吸力之间的关系函数,据此建立了能反映基质吸力影响的非饱和土松弛模型。     

考虑温度效应的冻结黏土内变量蠕变模型分析

在冻结法施工中掌握冻土的蠕变特性对工程的安全评价至关重要。采用山西某矿井深部黏土,在负温条件下进行原状土单轴压缩试验与分级加载蠕变试验,研究冻结黏土破坏时的形态、一系列温度下的单轴抗压强度与蠕变曲线的形式。试验得出单轴抗压强度随温度降低呈线性变化,同一加载应力下的蠕变值随着温度的降低而减小。引入内变量理论并将应变作为内变量来描述冻土的蠕变特性,分析蠕变与蠕变率取对数的拟合曲线发现两者具有线性关系,进而建立只与温度和加载系数有关的内变量蠕变模型,模型参数可通过拟合曲线确定。将蠕变的计算值与试验结果对比,发现该模型可以较好地反映冻结黏土的蠕变,且模型参数少,便于工程应用。     

砂卵石土强度变形特性综合试验及力学模型参数研究

砂卵石土是一种特殊性质粗粒土,其强度变形特性是工程界重点关注的问题之一。针对某工程砂卵石土地基系统开展三轴剪切试验、界面剪切试验及流变试验等综合研究其强度变形特性,选取合适的力学模型描述砂卵石土的应力-应变关系并整理相应模型参数。试验结果表明:砂卵石土非饱和样的抗剪强度指标明显大于饱和样,在低围压下砂卵石土饱和样和非饱和样分别呈现出剪缩特性和剪胀特性,而在高围压下则均表现出明显的剪缩特性;砂卵石土与混凝土面板间的接触面剪应力与剪切位移基本呈双曲线关系,抗剪强度随法向应力的增大线性增大;在双对数坐标系下砂卵石土流变变形随着时间线性增长,基于试验规律提出了砂卵石土11参数流变模型,该模型可较好地反映砂卵石土的流变特性。研究成果为砂卵石土强度变形特性研究及地基沉降分析提供理论支撑。     

滨海软土黏滞系数非线性特性及其表达

通过对滨海软土三轴蠕变相关试验数据进行分析,发现黏滞系数不仅与时间有关,还与土所受到的偏压和围压有关。应变率与时间的关系呈现了非常明显的双对数线性关系,因此,黏滞系数是关于时间的幂函数;黏滞系数线性地依赖于偏压的变化,而与围压呈指数关系。最后建立了黏滞系数与时间、偏应力、围压之间的非线性关系表达式,并探讨了其相关参数的意义及取值范围。建立的黏滞系数表达式适用于描述非线性特征明显、应力水平较高的软土黏滞系数随时间、应力的变化规律,可推广到滨海软土直剪蠕变试验中。研究成果可为建立变黏滞系数的滨海软土及其他地区软土的非线性流变模型奠定基础。     

湿陷性黄土的结构性参数本构模型

本文通过黄土的三轴剪切试验，基于综合结构势的概念，建立了一个能够反映湿陷性黄土含水状态、应力状态和应变状态影响的结构性参数数学表达式。将结构性参数引入剪应力剪应变关系分析中，得到了考虑黄土结构性的应力应变关系。试验揭示了湿陷性黄土具有剪缩剪胀性，表明应力比与剪缩剪胀应变比之间具有良好的线性关系；固结围压越大，剪缩剪胀临界点的应力比越大，含水率越大，剪缩剪胀临界点的应力比越小。最终，建立了反映黄土结构性变化、应力应变软化与硬化、剪缩剪胀变形特性的本构模型。通过本构关系描述湿陷性黄土的应力应变发展过程，得到了与试验结果一致的变化曲线。