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南宁非饱和膨胀土非线性流变特性试验研究
| 论文题名： | 南宁非饱和膨胀土非线性流变特性试验研究 |
| 关键词： | 膨胀土;粘弹塑性;非线性流变特性;地质灾害 |
| 摘要： | 近年来，随着我国高速公路和高速铁路建设的迅速发展，工程中遇到因膨胀土流变而引发的灾害问题时有报道，这些流变灾害也给工程建设造成了严重的损失。正是因为如此，有关非饱和土力学和岩土流变学的研究进展也就越来越受到学术界和工程界的广泛关注。本文就是基于目前国内外关于非饱和土力学和土流变特性研究现状，并在综合分析土流变研究方面取得的成果的基础上，结合国家自然科学基金资助项目（项目号：50978097）、湖南省自然科学基金资助项目（项目号：08JJ3092）和湖南工业大学研究生创新项目（项目号：CX1019）等科研课题的研究，针对膨胀土这一灾害性软土的流变特性开展了一系列的室内压缩蠕变试验、直剪蠕变试验和非线性流变模型研究。通过对实验结果的理论和数值分析，论文主要取得了如下几方面的结论和创新性研究成果： 1)压缩蠕变和加-卸载压缩回弹蠕变试验研究： ①根据试验结果得到南宁非饱和膨胀土在压缩蠕变过程中的变形呈两阶段衰减稳定型，在较高应力水平下也不会出现加速蠕变。 ②随应力水平增加，蠕变变形量增加，蠕变曲线簇呈相似发展；随土的含水量增加，蠕变变形量增加，蠕变曲线簇亦呈相似发展。 ③根据加-卸载压缩回弹蠕变试验结果得到南宁非饱和膨胀土的压缩蠕变包含有弹性、弹塑性和粘弹性变形成份存在。在通过对压缩蠕变变形成份分析的基础上，提出了符合南宁非饱和膨胀土特点的七元件压缩蠕变模型并建立了相应的蠕变方程。 ④通过对试验结果的回归分析，提出了确定七元件压缩蠕变模型参数的方法。 ⑤根据试验结果和参数分析，确定了南宁非饱和膨胀土的压缩蠕变具有非线性流变特征，并在此基础上提出了非线性模型理论和分析方法。 ⑥根据对压缩蠕变曲线和应力–应变等时曲线的分析，确定了南宁非饱和膨胀土的压缩蠕变模型中的塑性起始应力为σ=50kPa，且发现此应力与含水量及压应力水平无关。 ⑦试验结果揭示出南宁非饱和膨胀土在加载过程中产生的弹性滞后变形量与在卸载回弹过程中产生的弹性后效变形量是相等的，但两种变形完成所需时间是不同的。 ⑧随着时间的延续和竖向应力的增大，南宁非饱和膨胀土的应力-应变等时曲线簇逐渐向应变轴偏移，且偏离直线的程度也逐渐明显，说明其非线性流变变形特征随竖向应力的增大和时间的增加而越来越明显。 2）剪切蠕变和加-卸载剪切回弹蠕变试验研究： ①根据试验结果得到，在低应力水平平条件下，南宁非饱和膨胀土在直剪蠕变过程中的变形呈两阶段衰减稳定型；在较高应力水平下呈三阶段蠕变特点，最终将出现加速蠕变而导致土样剪切破坏。 ②在相同试验条件下，随着时间的延长，土体含水率越大，南宁非饱和膨胀土的剪切流变特性越明显；作用在土体上的竖向应力越小，土体剪切流变特性也越明显。 ③根据加-卸载剪切回弹蠕变试验结果得到南宁非饱和膨胀土的剪切蠕变包含有弹性、弹塑性、粘弹性和粘塑性变形成份存在。在通过对剪切蠕变变形成份分析的基础上，提出了符合南宁非饱和膨胀土特点的九元件剪切蠕变模型并建立了相应的蠕变方程。 ④通过对试验结果的回归分析，提出了确定九元件剪切蠕变模型参数的方法。 ⑤根据试验结果和参数分析，确定了南宁非饱和膨胀土的剪切蠕变具有非线性流变特征，并在此基础上提出了非线性模型理论和分析方法。 ⑥根据对剪切蠕变曲线和应力–应变等时曲线的分析，确定了南宁非饱和膨胀土的剪切蠕变模型中的塑性起始应力均为 s1τ=τs2=25.5kPa。 ⑦随着时间的延长和水平切应力的增大，剪切应力-应变等时曲线簇逐渐向应变轴偏移，且弯曲程度越大。由此说明随时间的延长和水平剪应力的增大，膨胀土的非线性剪切流变特征越明显。 3）非线性流变模型及本构方程的研究： 通过对线性元件模型的改造，提出了南宁非饱和膨胀土半经验的非线性元件模型和本构方程。经过数值分析和拟合，理论计算结果与试验结果非常吻合，证明了该理论模型的正确性，为实际工程提供了流变变形计算分析的可靠依据。 |
| 作者： | 金文婷 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 肖宏彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南工业大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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