饱和软黏土一维剪切流变的力学特性和本构模型

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近年来,饱和软黏土在长期荷载作用下变形逐渐发展最终导致其剪切破坏的工程事故时有发生,为了满足实际工程需要,本文从力学特性和本构模型两方面对饱和软黏土的剪切流变特性进行了研究。  基于英国GDS公司生产的全自动应力路径三轴仪,本文先对湖州软黏土进行了三轴压缩试验、长期强度试验和超固结比试验,系统地研究了湖州软黏土的抗剪强度、长期强度和超固结比对土体次固结系数的影响。然后采用“陈氏加载法”对长期强度试验数据和超固结比试验数据进行了处理,分别得到了不同围压下湖州软黏土的等时曲线和不同超固结比下湖州软黏土的蠕变曲线,再根据等时曲线和蠕变曲线确定了湖州软黏土的长期强度和各超固结比下土体的次固结系数。试验分析结果表明,湖州软黏土在50kPa、100kPa、150kPa有效围压下的抗剪强度分别为56.91kPa、73.61kPa和113.18kPa,同等围压下湖州软黏土的长期强度分别为24.32kPa、50.61kPa、75.70kPa,说明湖州软黏土的长期强度小于其同等围压下三轴压缩试验得到的抗剪强度;从抗剪强度指标来看,三轴压缩试验的总强度指标c、ψ为9.7kPa和12.80°,长期强度试验的强度指标cls、ψls为0kPa和11.60°。对超固结比试验分析结果表明,湖州软黏土的超固结比越大,其次固结系数越小,二者之间呈指数型递减关系,说明通过超载预压法可以有效地减小工后的次固结沉降。  鉴于目前提出的以偏应力和加载时间为变量的剪切蠕变经验公式不能较好地解释变偏应力加载下土体的剪切流变行为,本文借鉴了Yin-Graham依据常竖向应力蠕变经验公式建立变竖向应力压缩流变模型的等效时间法,基于Singh-Mitchell常偏应力加载的蠕变经验公式建立了以土体应力应变状态为变量的一维剪切流变的等效时间线模型,并推导了模型在分别加载和分级加载这两种加载方式下的应变公式。随后用长期强度试验、超固结比试验、常应力速率加载试验和嘉兴至绍兴跨江公路南岸接线的堆载预压工程检验了本文模型在变偏应力加载下的适用性。本文模型的预测曲线和试验点、工程沉降曲线均吻合较好。这一比较结果表明,本文模型在不同排水条件、不同加载方式的变偏应力加载下具有较好的适用性,也说明本文模型能够直接应用于实际工程中。
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