长期循环荷载下饱和软粘土蠕变特性研究

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渤海湾、长江口和珠江口地区经济发展迅速,交通运输需求日益提高,大量的滨海基础设施在规划和建设中。本文以滨海道路、港口、防波堤等基础设施工程为研究背景,基于室内三轴试验,研究长期荷载和长期循环荷载作用下饱和软粘土的蠕变性质,主要进行了以下几方面工作:(1)以天津港地区重塑饱和软粘土为试验土样,进行了三轴静蠕变试验,获得了不同荷载下重塑试样的应变-时间、应力-应变和应变速率-时间等曲线,分析了不同围压、偏应力水平和排水条件对蠕变特性的影响。(2)基于经验蠕变模型理论,建立了能够更好描述滨海软粘土衰减-稳定蠕变特性的修正Mesri经验模型,该模型对土体由力产生的应变和蠕变产生的应变分别进行描述,模型只有4个参数,各个参数物理意义明确,形式直观简单,该模型不但能够很好的描述本试验重塑土样的蠕变特性,对天津滨海典型粘土的蠕变特性也能进行很好的描述。(3)以天津港地区重塑饱和软粘土为试验土样,进行了循环蠕变试验,得到了饱和软粘土的循环蠕变曲线。通过分析,将循环蠕变曲线分为基值蠕变曲线,峰值蠕变曲线和谷值蠕变曲线。基值蠕变曲线即为累积塑性应变曲线,峰值蠕变曲线和谷值蠕变曲线差值的一半为可逆应变曲线,并结合静蠕变试验结果分析了两类曲线的性质和特征。研究发现,循环蠕变曲线按照加载模式分为压-压型循环蠕变曲线和拉-压型循环蠕变曲线,两类曲线具有不同的弹塑性特征。(4)基于循环蠕变的显式模型理论,分析试验数据,建立了累积塑性应变速率随循环次数变化的状态方程,方程基于二元回归技术,综合考虑了动偏应力和静偏应力的耦合效应。(5)将静蠕变的经验模型理论运用到循环蠕变特性的研究中,结合临界状态理论和显式模型理论,建立能综合考虑动偏应力水平、初始静偏应力水平影响的累积塑性应变经验模型,该模型将影响累积塑性应变的因素进行了归一化,能够很好的描述交通、波浪等荷载作用下,滨海饱和软粘土衰减-稳定的累积塑性应变特性。(6)利用本文建立的经验模型计算了天津滨海新区的长期沉降;结合重力式防波堤工程预测了软粘土地基在长期循环荷载作用下的长期沉降。
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