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膨胀土蠕变特性研究

作　者: 范志强
导　师: 肖宏彬
学　校: 湖南工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 膨胀土蠕变非线性 Burgers体流变模型
分类号: TU443
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 70次
引　用: 2次
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内容摘要

基于国内外关于土的蠕变研究现状,在综合分析的基础上,结合湖南省科技厅一般项目资助、湖南省教育厅重点资助项目和湖南省自然科学基金资助项目的科研课题的研究,本文开展了南宁膨胀土蠕变特性的研究。通过室内试验、理论分析和数值分析相结合的方法进行了研究,主要取得了如下几方面的结论和创新性研究成果:1)针对分级加载、有无预压和控制不同加荷比条件下饱和膨胀土的固结试验研究表明:在无预压条件下,当加荷比等于1与加荷比等于2时,孔隙比与时间对数关系曲线是不同的,前者呈良好线性关系;后者的孔隙比与时间对数关系曲线随着荷载的增加,由原来的近似直线变成曲线;有预压时,当加荷比等于1,在压力小于200 kPa与压力大于200 kPa时,孔隙比与时间对数关系曲线分别呈不同变化趋势;根据固结试验结果,拟合出预压200 kPa与无预压时的Δε-t-lg p本构方程。2)以南宁非饱和膨胀土为研究对象,考虑分别加载、分级加载、考虑预压荷载的试验方案。在分级加载中分别考虑不同含水率、不同加荷比、不同密实度对膨胀土流变的影响。研究结果表明:1分别加载、分级加载试验及考虑预压荷载的压缩试验中应变-时间曲线有相同的趋势:在小应力时,土体呈现一定的线性变形,在较大应力时土体变形曲线均可拟合成对数形式;2在分别加载压缩蠕变试验中,土体瞬时应变与荷载之间呈现二次曲线,拟合度较高;3通过预压处理对消除土体工后沉降是有利的;4对应变影响最大的因素是含水率,其次为密实度,最后为竖向应力;5从蠕变试验的等时曲线可知非饱和膨胀土具有明显的非线性变形特性。3)通过改装的直剪蠕变仪研究了南宁非饱和膨胀土不同垂直压力下和不同含水率下的剪应变-时间曲线,得出以下结果:1当应力水平低于屈服极限时,南宁非饱和膨胀土表现为衰减蠕变;当应力水平高于屈服极限时,南宁非饱和膨胀土一般具有明显的非线性流变特性,其非线性的表现程度随应力的增加和时间的发展逐渐加剧;2在等速蠕变阶段,应变-时间曲线可以拟合成直线函数形式,拟合度很高;而在加速蠕变阶段,部分应变-时间曲线可以拟合成二次函数形式;3含水率越高,土体流变特征更明显。随着含水率的增加,土体的剪切流变特性从线性流变转变为非线性流变;4通过室内剪切蠕变试验,可以得出南宁非饱和膨胀土的等时曲线。4)通过对南宁非饱和膨胀土的压缩蠕变试验在正常工作应力条件下粘弹性模型进行对比研究和剪切蠕变试验在屈服极限条件下的粘弹性模型研究中得出:在压缩蠕变试验中,正常应力条件下,无论是分别加载还是分级加载,南宁非饱和膨胀土蠕变曲线都可以运用Burgers体模型进行拟合,并能得出其本构方程和蠕变方程;在剪切蠕变试验中,在剪应力小于土样的屈服极限下都可以运用Burgers体模型进行拟合,并能得出其本构方程和蠕变方程。膨胀土在流变过程中与其固结始终是耦合作用的。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
主要符号与说明  10-11
第一章绪论  11-22
  1.1 研究的背景与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-20
    1.2.1 膨胀土的研究现状  12-16
    1.2.2 蠕变的研究现状  16-20
  1.3 本文研究的主要内容和方法  20
  1.4 本文的主要工作  20-22
第二章土的蠕变理论  22-29
  2.1 土流变学的研究内容  22-23
  2.2 流变模型理论  23-26
  2.3 描述软土蠕变特性的其他理论  26-29
第三章膨胀土的压缩蠕变特性试验研究  29-53
  3.1 概述  29-31
    3.1.1 土样介绍及试样的制作  29-30
    3.1.2 试验介绍  30-31
  3.2 饱和膨胀土的一维固结试验及试验成果  31-41
    3.2.1 饱和膨胀土的一维固结试验  31
    3.2.2 饱和膨胀土的一维固结特性分析  31-41
  3.3 非饱和膨胀土的一维压缩试验及试验成果  41-52
    3.3.1 一维压缩试验概述  41-42
    3.3.2 一维压缩试验成果分析  42-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章膨胀土的直剪蠕变特性试验研究  53-61
  4.1 概述  53
  4.2 非饱和膨胀土的直剪蠕变试验及其试验成果分析  53-60
    4.2.1 非饱和膨胀土的直剪蠕变试验  53-55
    4.2.2 非饱和膨胀土的直剪蠕变试验成果分析  55-60
  4.3 本章小结  60-61
第五章非饱和膨胀土蠕变数值分析  61-77
  5.1 概述  61
  5.2 非饱和膨胀土压缩蠕变数值分析  61-67
  5.3 非饱和膨胀土直剪蠕变数值分析  67-70
  5.4 有限元分析  70-76
    5.4.1 概述  70-71
    5.4.2 土工有限元ADINA简介  71-72
    5.4.3 单元分析  72-74
    5.4.4 ADINA数值分析结果  74-76
  5.5 本章小结  76-77
第六章结论和展望  77-79
  6.1 本文研究工作的总结  77-78
  6.2 对今后研究工作的展望  78-79
参考文献  79-84
附录攻读硕士学位期间参与的科研项目、发表的论文  84-85
致谢  85

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