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原文传递饱和软粘土的流变和循环流变特性研究

论文题名：	饱和软粘土的流变和循环流变特性研究
关键词：	饱和软粘土;循环流变;本构模型;塑性变形;边界面模型;岩土工程;土体三轴流变试验机;软粘土路基;循环荷载;体积蠕变;流变变形;动应力;道路工程;控制和减少;超固结;弹塑性理论;土力学;静应力;界面流;变模型
摘要：	当前，随着交通的日益繁忙，软粘土路基的沉降问题已经引起人们的广泛关注，如何控制和减少软粘土路基的长期沉降已经成为道路工程界和岩土工程界共同关注的热点问题。但由于长期以来道路工程土力学和传统的岩土工程土力学作为两个不同学科而各自发展，导致现行道路设计还主要依靠经验方法，而传统土力学中的以弹塑性理论为核心的本构模型理论在道路工程中很少涉及。从而使路基软粘土的变形机理得不到充分了解，进而不能采取合理和有效的方法来控制和减小路基的沉降。本文以传统岩土工程土力学为出发点，较为系统地总结了饱和软粘土在循环荷载和流变作用下的变形机理，建立了能够合理描述软粘土承受循环流变作用下的本构模型，从而为下一步探索控制和减少长期沉降的有效途径提供可靠的理论依据。因此，本课题具有重大的理论意义和工程实用价值。本课题取得了如下创新性的研究成果： 1.在试验室内运用CSS-2901TS型土体三轴流变试验机，对上海第4层淤泥质软粘土进行了长期流变和循环流变试验，得出其在不同围压、不同偏压和不同动应力作用下的变形规律，发现围压相同时，偏压比大，试样的流变变形大，而偏压比相同时，围压大，流变变形也大。循环流变试验总体规律和流变试验相同，但有两点也需要特别注意，第一，循环加载作用下的变形不仅仅与循环动应力有关，还与初始静应力有关，即初始静应力大而循环动应力小的可能比初始静应力小而循环动应力大的循环累积变形大；第二，在长时间施加较大的循环荷载后，由于试样超固结比较大，导致试验在接下来的流变过程中的流变变形被抑止。 2.基于边界面模型的基本框架，建立了一个适用于正常固结和超固结重塑粘土的边界面弹粘塑性本构模型。该模型吸收了Borja系列模型、Kutter和 Sathialingam模型以及Al-Shamrani和Sture模型的优点，采用滞后变形的思想，将总变形分为弹性变形、瞬时塑性变形和滞后粘塑性变形三部分，其中弹性变形和瞬时塑性变形运用经典弹塑性理论来计算，而滞后变形又进一步可以分为体积蠕变和剪切蠕变，体积蠕变采用Taylor公式来计算，剪切蠕变则由体积蠕变反算得到，模型中的隐式蠕变时间采用Borja(1992)方法来计算。由于边界面的引入，本文模型不仅可以描述正常固结土的流变，还可以描述超固结图的流变。另外，本模型参数较少，且大部分参数物理意义明确，在岩土工程中经常采用，为广大岩土工程界所熟悉。通过对多种粘土的多组试验结果的模拟，表明所提出的本构模型具有较好的预测能力和较为广泛的适用性。 3.为了模拟路基软粘土所承受的循环流变特性，首先对以广义剑桥模型屈服面为边界面的边界面粘塑性模型的插值函数进行改进，提出了一个新边界面模型，使其更适合描述土体的循环变形特性，并用Li等(2002)试验结果验证了这个新模型的合理性。然后根据新建立的边界面模型，对边界面流变模型这个静力模型进行改进，使其不仅能单独考虑土体的流变效应和循环加卸载效应，还能考虑交通荷载作用下软粘土路基的在循环荷载和流变耦合作用下的变形特性。该模型由于是在边界面流变模型的基础上发展起来的，故保留了边界面流变模型的优点，只是增加了2个模型参数。通过多组上海软粘土循环流变试验结果的模拟，初步验证了该模型的合理性和有效性。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：软粘土，流变，循环流变，试验，本构模型，数值模拟
作者：	李兴照
专业：	岩土工程
导师：	黄茂松;王录民
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学土木工程学院
学位年度：	2005
正文语种：	中文