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软土是一种广泛分布于沿海、江河、湖泊和湿地等地区的复杂天然多孔介质,近年来随着经济的发展和城镇化水平的不断提高,软土工程的开发和利用不断发展。大量工程经验和研究表明,软土的变形需要较长时间才可达到稳定。软土的这种应力应变随时间发展不断变化的流变特性,可能会使修建在软土地基上的建(构)筑物产生不可忽视的工后沉降,并由此带来安全稳定性方面的问题。有鉴于此,本文采用试验与理论研究相结合的手段,从细观角度分析影响软土强度和流变特性的物质因素和作用机理。通过不同细观参量组合的砂性土和软土试样的强度及流变特性试验,分析各细观参量与强度和流变特性参数间的内在关系,探索影响砂性土和软土强度特性的作用机制,以范性流变和流质流变解释砂性土和软土两者不同的流变特性。最后,在试验分析的基础上,探索流变相物质形状与分布对流变特性的影响,并通过数值模拟计算验证相应结论的正确性。本文开展的研究工作和取得的成果主要有如下几个方面:(1)研究不同粒度成分、矿物成分和含水量的砂性土和软土的强度特性。基于试验分析,认为砂性土的颗粒级配是影响其强度特性的重要因素;而对于软土,不同矿物颗粒之间的吸附与摩擦、胶结作用是其强度特性的决定因素。此外,颗粒表面结合水膜厚度与性质的变化将改变颗粒之间的吸附与摩擦、胶结作用机制,进而改变其强度特性。(2)采用直剪蠕变试验研究土体成分对流变特性的影响。试验结果表明,粒度成分和应力水平对砂性土流变特性会产生较为显著的影响,同时含水量在一定程度上也会影响其流变特性;软土中的粘土矿物、氧化物、有机质和结合水是土体产生流变的重要物质因素,且都是通过颗粒表面吸附结合水来对软土流变特性产生重要影响的,但不同成分对土体流变特性影响的程度有所不同;结合水性质也会对土样流变特性产生重要影响,强结合水对流变性的影响要比弱结合水显著。(3)运用四相物质流变理论从物质组成上解释砂性土和软土的流变机理。将土体流变分为范性流变和流质流变,砂性土流变主要受到应力水平和粒度成分的影响,变形稳定所需时间较短,主要表现为范性流变特征,而软土流变则主要受到粘土矿物、有机质、氧化物胶体及结合水等物质含量的影响,变形稳定所需时间较长,表现为流质流变特征。(4)通过室内蠕变试验和数值模拟计算,分析流变相物质形状与分布对流变特性的影响。试验与数值计算结果表明,当流变相物质的分布较不均匀时,流变相物质形状与分布形式对流变特性的影响较大,但随着流变相物质分布均匀性逐渐增加,流变相物质形状与分布形式的影响逐渐减弱,流变特性逐步过渡到仅与流变相物质性质和比例相关,而与其形状及分布形式无关。