冻土动蠕变特性研究

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随着高海拔高纬度地区工程建设的发展,冻土问题成为研究热点,其中冻土蠕变备受关注,深入了解蠕变特性和动荷载下蠕变的应力—应变关系成为现阶段研究重点,本文大对静荷载下冻结兰州黄土、青藏黏土、砂质粘土的单轴蠕变试验和动、静荷载下冻结兰州黄土的三轴蠕变试验,分析了冻土单轴蠕变试验下蠕变变化规律、蠕变速率变化规律和蠕变指标,以及动、静荷载下冻结兰州黄土的蠕变变化规律、蠕变速率变化规律、幅值对动荷载三轴蠕变的影响,并根据试验数据讨论了冻土的应力—应变—时间之间的关系,取得的主要成果如下:  (1)冻土单轴蠕变过程中,初始应变的大小与试验前30s内加载有密切关系,可视为压缩变形,对后续蠕变有影响,对于同种土体,温度一定时,加载应力与初始应变成正比关系。同时,当土质一定、加载应力相近时,温度越高、初始应变越大。当温度与加载应力一定时,粘土初始应变最大,砂质粘土次之,兰州黄土初始应变最小;流变起始时间与破坏时间都与加载应力、温度都有密切关系,应力越大、温度越高,越先出现流变和破坏;加载应力、土质、温度对流变起始应变和破坏应变的影响不是很大;不同温度下,兰州黄土的流变起始应变均在7%以下,对于不同土质,粘土的流变起始应变最大,砂质粘土居中,兰州黄土的最小;对于不同温度条件下兰州黄土,蠕变破坏应变的差异不大,均在10%-15%之间变化,对于不同土质,粘土破坏应变最大、砂质粘土次之、兰州黄土最小;  (2)冻土相对蠕变指标能清楚反映蠕变特性,通过相对蠕变指标,知道三种土的初始加载段和非稳定蠕变段所占的时间较短,但产生的应变却较大,这对实际工程中有着重要意义;同时,温度越高,相对流变时间越短、相对破坏时间越长,说明非稳定蠕变阶段所占的时间随温度的升高而变短、稳定蠕变阶段所占的时间随温度的增加而变长;  (3)静荷载下冻土三轴蠕变试验中,不同时刻应力-应变关系曲线可以用相同的幂函数方程 b??a?来表示,式中a为可变模量,b为随时间等因素变换参数;  (4)动荷载三轴蠕变试验中,相同温度,相同土质,相同围压,相同频率的情况下,幅值的大小影响冻土发生二次变形的大小,幅值较大时,冻土二次变形产生应变较大,幅值较小时,冻土二次变形参数应变较小;动荷载部分蠕变速率变化趋势相同,都呈逐渐减小的趋势,前阶段蠕变速率变化率较大,后阶段蠕变速率变化率较小,且幅值越大蠕变速率变化率较大的阶段时间短,蠕变速率变化率较小的阶段历时时间长;在幅值相近的情况下,蠕变速率变化基本相同,蠕变速率变化曲线区别不大,当幅值较大时,起始蠕变速率较大;动荷载下冻土蠕变应力—应变—时间关系可以直线形式表达。
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