泥炭质土的非线性本构模型及蠕变特性分析

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土体的蠕变是造成建筑物工后沉降的主要原因之一,泥炭质土有着高含水率、高有机质、孔隙比大、强度以及渗透性较低等工程特性,这使得泥炭质土的蠕变特性区别于一般软黏土。国内外虽有部分关于含有机质土体的流变特性研究,但由于泥炭质土的沉积环境、地理环境以及气候条件的差异,使得泥炭质土有着很强的区域性,因此需对湖相沉积泥炭质土的蠕变特性进行专门研究分析。滇池湖相沉积泥炭质土具有厚且呈多层分布的特点。现已建成的一些建构筑物由于泥炭质土的蠕变特性,导致工后沉降过大,建筑物也无法正常使用,存在着严重的安全隐患,因此对泥炭质土的非线性蠕变模型与蠕变特性的研究对实际工程的意义极大。以昆明滇池附近区域的滇池会展中心与锦慧中心场地中的不同埋深下的泥炭质土为研究对象。通过取样分析、室内土工试验、泥炭质土的微观结构试验(SEM)以及能谱试验(EDS)等,对泥炭质土的非线性蠕变模型和压缩固结特性进行系统的分析研究。主要研究内容如下:(1)根据收集的两个场地地勘资料和相关文献,从泥炭质土的形成原因、必要条件及沉积过程等方面分析泥炭质土异于一般软黏土的特性;分析其基本物理力学性质指标随土体埋深的变化规律;从土体的矿物成分分析泥炭质土工程性质极差的原因。泥炭质土的应力历史对泥炭质土的压缩特性有着极大影响,从泥炭质土e-logp、ln(1+e)-lgp及ln(1+e)-ln(1+p)分析泥炭质土的前期固结压力及应力历史对土体的压缩特性的影响。(2)通过五层不同埋深的泥炭质土的压缩曲线与S-lgt曲线得到压缩指数、固结系数、固结度分析各泥炭质土压缩特性;比较分析重塑土与原状土的压缩变化规律,并比较分析同层泥炭质土微观结构的区别;通过固结系数、固结度(Uz1)与应力、孔隙比以及时间之间的关系诠释了泥炭质土的压缩固结特性。(3)根据不同场地不同标准下的泥炭质土固结蠕变试验,得到应力应变时程曲线、等时曲线、e-lgt曲线、lnε-lnt曲线分析泥炭质土的蠕变特性。从应力应变时程曲线分析泥炭质土的蠕变过程特征;由单对数曲线与双对数曲线分析泥炭质土的次固结点、次固结系数与应力、应变、孔隙比间的变化规律;通过不同场地的泥炭质土的微观结构试验,分析泥炭质土的蠕变微观结构的变化规律。(4)宏观层面上建立泥炭质土的非线性蠕变本构模型,分析泥炭质土的蠕变特性。通过引入土体的非线性瞬时弹性模量对理论模型进行非线性修正,使得线性理论模型能够考虑土体的非线性特征。土体的粘滞系数、弹性模量与土体所受应力影响,通过分析理论模型参数与应力σ之间的函数关系f(7)?(8),建立关于泥炭质土应变、应力、时间间关系本构方程?(7)?,t(8)。(5)对于土体的非线性蠕变特性阐述较好的,为考虑时效性的硬化模型,根据泥炭质土的蠕变数据建立关于泥炭质土的考虑时效性非线性幂函数经验模型。泥炭质土的蠕变特性与其所受的应力有关,从幂函数经验模型参数与应力之间关系分析可知,参数a0、m均与应力σ存在函数关系,因此得到关于应力、应变、时间的幂函数经验模型。
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