湛江组黏土结构损伤与触变恢复本构关系研究

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湛江组黏土具有强结构性和强触变性,扰动后结构损伤与静置后结构恢复过程中土体的应力-应变关系复杂,传统的本构模型对湛江组黏土存在适用性问题。研究湛江组黏土扰动损伤与触变恢复的本构关系对湛江组黏土地基强度和变形计算具有重要的理论意义。通过开展湛江组黏土原状土以及在不同养护时间的重塑土三轴固结排水试验,分别建立了原状土的结构损伤模型和重塑土的触变恢复模型,并对模型的有效性进行验证。主要的研究工作及结论如下:(1)开展典型湛江组黏土原状土三轴固结排水试验,获得不同围压下原状土试样的应力应变关系曲线。原状土试样的应力应变关系具有明显的应变软化特征,可以用残余强度和峰值强度对应的抗剪强度指标的比值来表征试样的结构性,比值越小,其结构性越强,反之亦然。(2)开展不同养护时间的重塑土在不同围压条件下的三轴固结排水试验,获得试样的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角和初始切线模量。建立黏聚力、内摩擦角和初始切线模量与养护时间的关系,引入参数A、B、C分别描述触变性对试样黏聚力、内摩擦角和初始切线模量的影响。参数A、B、C的值越大,湛江组黏土触变性的影响越大,反之亦然。(3)研究湛江组黏土扰动损伤与触变恢复的微观孔隙结构演化特征。扰动使得原状土的片堆絮凝结构破坏成为松散的片状絮凝结构,原状土中的大孔隙和小孔隙发展为中孔隙,颗粒间的相互作用被削弱,宏观上表现为土的强度大幅降低;静置后,土的结构单元经历了单片颗粒单元、单片颗粒-团粒单元、团粒单元的变化过程,中孔隙逐渐发展成小孔隙和大孔隙,宏观上表现为强度逐渐增大。(4)根据湛江组黏土原状土三轴固结排水试验的应力应变关系,定量分析原状土的结构破坏过程,建立原状土在加载过程中的结构损伤系数及结构损伤模型,并进行了试验验证和文献数据验证。结果表明,该模型能够有效模拟结构性黏土应力应变关系的应变软化过程。(5)根据不同养护时间的重塑土在不同围压条件下的三轴固结排水试验的应力应变关系,引入触变性参数对邓肯-张模型进行改进,建立了重塑土的触变恢复模型,并进行了试验和数值模拟验证。结果表明,该模型能够描述黏土触变恢复过程中的应力应变关系。
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