重塑超固结饱和黏土蠕变试验与蠕变模型

采取杭州地区黏土制备重塑超固结土样（OCR=1.00,1.25,1.67,2.00,3.00）进行三轴剪切蠕变试验,研究超固结饱和黏土的时间变形特性和蠕变模型,对模型参数取值进行了分析。结果表明,重塑超固结饱和黏土的应力应变曲线具有应变硬化特征,在恒定偏应力下土样的时间变形曲线具有双曲线特征;超固结比越大,施加偏应力初始阶段试样中产生的超静孔压越小,试样变形进入蠕变阶段的时间越早,且在一定时间内试样的蠕变量发展越小。基于“孔压消散法”确定了超固结土的蠕变起始时间,采用双曲线蠕变模型可以高度拟合超固结饱和黏土剪切蠕变发展规律,曲线拟合分析表明：在相同的偏应力下,不同超固结比试样的最终蠕变量大致相等,但是超固结比越大时,土样蠕变发展越缓慢,表现为双曲线蠕变模型参数As在超固结比变化时几乎保持为常量,参数Bs则随超固结比的增大近似呈线性增长。     

天津滨海地区两种典型软黏土蠕变特性试验研究

通过三轴蠕变试验,研究了天津滨海地区两种典型淤泥质黏土和粉质黏土的非线性蠕变特性。蠕变试验采用分级加载的方式进行,利用“陈氏法”对实测数据进行处理后得到两种软黏土在不同应力状态下的蠕变试验曲线。在此基础上,提取相关数据得到两种软黏土的应力–应变等时曲线,根据该曲线的变化规律,采用 Merchant 模型对两种软黏土的蠕变曲线进行拟合,确定模型参数,建立了适用于天津滨海地区两种典型软黏土的非线性蠕变模型。最后,对两种软黏土蠕变模型参数的变化规律进行了对比分析得出： Merchant 模型中虎克弹簧的弹性模量 E _H 随主应力差增大呈负指数规律变化, Kelvin 体的弹性模量 E _K 随主应力差增大呈线性规律变化的经验公式。     

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。     

望江地区典型淤泥质粉质黏土蠕变特性试验研究

基于黏土常规三轴蠕变试验成果,研究了望江地区淤泥质粉质黏土的非线性蠕变力学特性,分析了其轴向蠕变规律。蠕变试验采用分级加载的方式进行,利用线性法和"陈氏法"对试验数据进行处理,得到了淤泥质粉质黏土在不同应力状态下的蠕变试验曲线,发现"陈氏法"比线性法更适合处理非线性流变材料的蠕变试验结果。在此基础上,得到该淤泥质粉质黏土的应力-应变等时曲线,根据该曲线的变化规律,采用Singh-Mitchell模型对该淤泥质粉质黏土的蠕变曲线进行拟合,确定模型参数,建立了适用于望江地区淤泥质粉质黏土的非线性蠕变模型。     

软粘土路基三轴蠕变特性试验及模型研究

针对软粘土路基累积蠕变沉降变形的特点,开展可塑土、软塑土路基开展三轴固结不排水蠕变试验,确定软粘土路基抗剪强度,得出不同围压下软粘土破坏偏应力,为三轴固结不排水蠕变试验分级加载提供依据。鉴于软粘土非线性蠕变特性比较明显,以围压100 kPa下软粘土的蠕变试验为例,结合最小二乘法的拟合分析,建立了以幂函数为应力-应变关系,以双曲线函数为应变-时间关系的蠕变方程。该蠕变力学模型能够更好地反映和预测竹城公路软土蠕变特性。     

基于RBF神经网络的红黏土–锚固体界面蠕变模型

红黏土–锚固体界面蠕变特性是评价锚固红土边坡长期稳定性的关键。为进一步研究红黏土–锚固体界面剪切蠕变特性,利用自制的土–锚界面剪切蠕变性能测试系统展开蠕变试验。通过分级加载方式,获得了不同应力水平下的界面剪切蠕变全过程曲线,并利用"陈氏加载法"将蠕变全过程曲线转换成为分别加载曲线。选用部分应力水平下的蠕变试验结果作为学习样本,通过对样本有监督地学习,建立了红黏土–锚固体界面剪切蠕变的RBF神经网络模型,并将所建模型对未参与建模的蠕变试验结果进行预测。结果表明模型具有良好的拟合和预测性能。     

压实红黏土三轴蠕变特性试验及模型研究

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪对中石油云南石化铁路专用线高填方路基的压实红黏土进行了一系列三轴蠕变试验,着重研究了压实红黏土在不同围压、不同应力水平以及不同排水条件下的蠕变特性。结果表明:围压、应力水平和排水条件对压实红黏土的蠕变特性均有显著影响;压实红黏土总体呈现衰减蠕变特征;不排水情况下得到的应力-应变等时曲线具有明显的非线性特征,且曲线成一曲线簇,具有“归一化”现象,而在排水情况下则呈一定线性关系;并根据应力-应变曲线确定了压实红黏土的长期强度为瞬时强度的0.54~0.72倍。基于不排水蠕变试验数据,建立适合该地区压实红黏土的经验蠕变模型,通过与Burgers模型对比发现,该模型参数少、易获取,且对试验数据拟合效果优于Burgers蠕变模型。     

望江淤泥质粉质黏土蠕变特性及模型研究

通过室内三轴压缩蠕变试验,对望江地区淤泥质粉质黏土的蠕变力学特性进行了研究。试验结果表明:当偏应力水平加载至75%~90%的三轴抗剪强度时,原状土土样即发生快速变形;蠕变试验的等时曲线显示该淤泥质粉质粘土的蠕变特性具有明显的非线性特征;基于试验结果,采用广义Kelvin模型和Burgers模型对土样蠕变特性进行描述。采用优化分析软件1st Opt对模型参数进行辨识,得到不同围压和各级偏压下淤泥质粉质粘土的蠕变模型参数,采用两种蠕变模型计算所得曲线与试验曲线吻合良好,两种模型均可准确描述其蠕变力学特性,Burgers蠕变模型模拟淤泥质粉质粘土蠕变变形优于广义Kelvin蠕变模型。     

海相软土三轴剪切蠕变特性及模型研究

通过对在不同排水条件下的海相软土进行三轴剪切蠕变试验,研究上海海相软土的剪切蠕变特性和计算模型。试验结果表明:不排水时,在低应力水平(小于60%)下试样变形增量差异较小,应力水平达到一定时(大于80%)产生大量瞬时变形和蠕变变形,孔隙水压力经历了瞬时急剧上升后下降、然后再缓慢上升的过程,应力-应变关系为非线性;排水时,各级应力水平下产生的变形增量差别不大,孔隙水压力经历一段时间上升后持续下降,最后趋于稳定,孔隙水压力持续上升时间约10 min,应力-应变关系近似为线性;两种排水条件下的ε-lnt曲线均呈平行曲线。建议应力-应变关系采用幂函数表示、应变-时间关系采用双曲线型函数表示,以建立适用于不同排水条件下的软土蠕变方程。该模型能较好地描述应力水平不超过80%的不排水和排水条件下上海软土的三轴剪切蠕变行为。     

三轴压缩分级卸荷条件下粉砂岩蠕变特性及蠕变模型

针对深井巷道开挖卸载围岩蠕变特性问题,以袁店二矿西风井马头门巷道粉砂岩为研究对象,基于巷道围岩开挖过程中应力的实际调整路径设定试验加载方式,开展三轴压缩分级卸荷蠕变试验,系统分析粉砂岩在不同围压下的蠕变特性,基于分数阶导数引入黏塑性蠕变启动元件,建立粉砂岩卸荷蠕变模型,并得到试验验证。研究表明：当应力水平低于粉砂岩准破坏应力时,其只呈现衰减和稳态2个蠕变阶段;高于粉砂岩准破坏应力时,则进入非线性加速蠕变阶段直至发生破坏;不同初始围压下粉砂岩发生蠕变破坏的总时长以及非线性加速蠕变破坏的启动时间均明显不同;粉砂岩试样轴向蠕变变形与初始围压正相关。研究提出的蠕变模型具有参数相对较少,易于引入数值分析软件等优点。对今后分析该类岩层井巷施工卸载后围岩稳定性具有一定的应用价值。     

平面变形超固结软黏土蠕变模型研究

 通过对原状软土进行平面蠕变实验,研究平面变形条件下超固结软黏土的蠕变特征。研究结果表明,研制的量测装置能独立量测平面应变超固结软土的侧向变形,可规避实验过程体积变形测量精度对侧向变形数据的影响;软土的侧向变形与超固结剪应力比OCRq具有良好的对应关系,OCRq能同时反映剪应力和应力历史对软土侧向变形的影响。平面应变状态下体积蠕变系数和轴向蠕变系数均与OCRq有一一对应关系,依据不同主应力比下的超固结软土平面变形蠕变实验,建立以主应力比和超固结剪应力比为变量的四参数经验模型。所建经验模型包含软土的正常固结状态,可合理反映了主应力比和应力历史对平面变形软土蠕变过程的影响。     

灰质泥岩蠕变特性试验研究

为了研究灰质泥岩的蠕变特性,利用RLW-2000岩石流变试验机对灰质泥岩进行了分级加载三轴压缩蠕变试验。试验结果显示,随偏应力增大,灰质泥岩瞬时应变、蠕变应变及稳态蠕变率等均随之增大,且稳态蠕变率和偏应力的关系可用幂函数描述,但蠕变应变占总应变的比重增幅却非常缓慢;灰质泥岩蠕变过程具有非线性特征,其弹性模量随蠕变时间增加而逐渐减小,该变化过程可用Logistic函数反映。利用6元件扩展Burgers模型对试验结果进行了拟合,结果表明:拟合曲线和试验结果吻合良好,误差较小,说明该模型能够准确反映灰质泥岩的蠕变特性。     

循环荷载作用下流变性软黏土的边界面模型

为了预测交通荷载作用下流变性软黏土的长期运行沉降,提出了一个能够描述循环加载条件下饱和软黏土流变特性的弹黏塑性本构模型。本模型以边界面弹塑性理论为基础,采用滞后变形理论。模型不仅能单独考虑土体的流变效应和循环加卸载效应,还能考虑交通荷载作用下软黏土在循环荷载和流变耦合作用下的变形特性。模型概念清晰,参数少。通过多组上海软黏土循环加载流变试验结果的模拟,初步验证了本模型的合理性和有效性。     

循环加卸载下煤的黏弹塑性蠕变本构关系研究

 基于岩石三轴循环加卸载蠕变试验,对试样的蠕变应变进行有效的黏弹塑性应变分离,根据试样的弹性蠕变特性和塑性蠕变特性分别建立相应的蠕变模型,继而得到岩石的黏弹塑性蠕变模型,该模型能较好地描述试样的衰减和稳态蠕变特性。为了能够较好地描述岩石加速蠕变特性,在塑性蠕变模型中引入损伤因素,建立相应的弹塑性损伤蠕变模型,对该模型参数进行敏感性分析,同时给出模型参数确定方法。所建模型黏弹塑性概念清晰,模型参数较少。对煤进行三轴循环加卸载蠕变试验,分析蠕变试验中煤样的弹塑性应变特性以及试样的稳态蠕变速率演化规律,用该黏弹塑性蠕变模型对煤样的三轴压缩蠕变试验结果进行拟合,结果表明,该模型能很好地描述循环加卸载路径下试样的弹塑性加载和弹性卸载蠕变特性。     

Creep and time-dependent damage in argillaceous rocks

This paper presents the results of laboratory tests on the time-dependent behaviour of three rocks characterized by a high proportion of clay particles. The viscosity of these sedimentary rocks was studied under different loading conditions in uniaxial compression: static or cyclic creep tests and quasistatic tests (low-loading strain rate) were performed across various orientations of fabric planes.The quasistatic tests showed similarities in the mechanical response of these three argillaceous rocks: a late phase of dilation and a linear development of volumetric deformation before the beginning of unstable crack propagation. The development of secondary and tertiary creep phases during the creep tests highlighted the existence of a deviatoric stress threshold, below which only primary creep is observed. Long-term creep tests also showed that the volumetric variation is not constant during the development of viscoplastic deformations.A microstructural analysis of thin sections extracted from specimens after the tests, gave evidence of cataclastic and granular creep. Damage to the argillaceous matrix occurs and no cracks were observed in the quartz and carbonate grains. This evidence was also demonstrated for tests with loading at a high strain rate.Finally, this study highlights the significant viscoplasticity of argillaceous rocks. The mechanical properties deteriorate rapidly when crack propagation becomes unstable and the viscoplastic strains seem to be due to clay particle slips, known as granular creep.     

油砂的蠕变特性与本构模型研究

油砂是一种富含天然沥青的沉积砂。作为一种软化材料,油砂的蠕变性质较松砂和正常固结黏土等硬化材料更为复杂。通过开展油砂三轴蠕变试验,获得了不同应力和应变状态下油砂的蠕变特性;讨论了蠕变势与塑性势之间的关系,提出了等效变形过程的概念,分析等效变形过程的微观机制;讨论了蠕变速率与时间和不可恢复应变之间的关系,提出采用不可恢复应变作为内变量可以描述复杂条件下油砂的蠕变性质,并据此提出了油砂的内变量蠕变模型;应用临界状态理论,分析了硬化型和软化型土的蠕变性质;讨论了剪切带对密砂蠕变性质的影响。     

天津滨海重塑软黏土一维固结蠕变特性研究

软黏土蠕变产生的长期变形严重影响建筑物及地基的安全性和稳定性,故通过设置不同预压条件模拟软黏土的初始受力状态,对重塑软黏土进行一维固结蠕变试验。研究表明:不同预压条件下,重塑软黏土一维固结蠕变历时曲线的瞬时变形较大,随着加载时间的增长,土体产生缓慢的蠕变,变形量逐渐减小,最终趋于稳定;此外,软黏土一维固结蠕变等时曲线中应变随应力水平的增大而增大,曲线延伸方向逐渐向应变轴靠拢,非线性愈加明显。基于上述研究,引入时间参量t,建立了软黏土一维固结蠕变预测公式,并对公式的准确性和适用性进行验证。该公式可对软黏土地基因蠕变产生的长期变形进行预测分析,为实际工程的设计、施工提供理论指导。     

饱和黏土动剪切模量与阻尼比的试验研究

针对饱和黏土,利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,通过不固结不排水条件下的循环扭剪和竖向-扭转耦合试验,着重探讨了大应变情况下分级加载历史和循环应力耦合对动剪切模量与阻尼比等动力特性的影响。对试验结果的分析表明:采用多个试样单级加载与采用一个试样分级加载试验得到的初始骨干曲线、动剪切模量与阻尼比都较为一致,采用分级加载试验测定动剪切模量与阻尼比是可行的;耦合循环应力中的轴向偏差应力对扭转向应力-应变滞回圈的倾斜程度及动剪切模量与阻尼比都有显著影响,尤其当扭转向循环剪应力较小时,可以认为轴向偏差应力的大小控制着动剪切模量的增大量,受扭转向剪应力的影响,轴向应力–应变滞回圈的变化模式较为复杂。     

Cyclic response and modeling of saturated silty clay due to fluctuations in reservoir water level of the Three Gorges Dam,China

The deformation characteristics of soil obtained from landslides at the Three Gorges Dam Reservoir have been examined. Due to the annual fluctuation in the water level of the reservoir, landslides around the Three Gorges Dam Reservoir are subjected to cyclic loading. Laboratory triaxial tests have been carried out on silty clay specimens subjected to cyclic changes in pore water pressure. The test results indicate that when the soil is subjected to repeated unloading–reloading with constant deviatoric stress in an overconsolidated state, the silty clay material shows inelastic deformation with the accumulation of irrecoverable strain. To capture this behavior, a constitutive model has been developed to simulate the deformation induced by changes in pore water pressure. This model is based on a modification of Yao et al. (2009)’s model to include the effect of cyclic loading. The model has been used to calculate the shear strain during cyclic loading and for a comparison with the laboratory test results. It has been shown that the proposed model is capable of capturing the deformation response of landslide soil subjected to changes in pore water pressure caused by the fluctuating water level of the reservoir.     

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。