一个测试方法,基于一维集运商的黄土蠕变特征gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

当传统的一维集运商是用于研究黄土的蠕变特性,由于环箍效应的刀,只有黄土的衰减蠕变、稳定蠕变阶段阶段可以学习,但不能呈现加速蠕变阶段。为了避免钻井的影响黄土蠕变特征,本文改进了整合仪器由沿直径方向钻孔中心的样本为土壤提供人工空间失败。同时,样本容量增加,确保样品的直径大于5倍的钻孔的直径,以避免钻井对黄土的蠕变特性的影响。黄土的蠕变特性研究了加载步(各级垂直压力是125 kPa, 175 Pa 225 kPa,和275 kPa),和整个黄土在不同应力条件下的蠕变过程特性曲线。内窥镜被放进洞里观察黄土的变形和破坏特征在不同的蠕变阶段。这种方法弥补了这个缺陷,传统的一维集运商不能获得黄土蠕变的全过程特点。同时,它具有操作简单,更少的外部影响因素,强大的数据可靠性和可以直接观察土壤黄土蠕变的变化。它有有益的作用在促进黄土蠕变特性的试验研究。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

黄土覆盖面积广阔,总面积1300万公里gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,覆盖了全球9.3%以上的大陆地区。中国黄土的总面积约为640000公里gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba占总土地面积的6.3%,其中在中国西部黄土是最广泛分布,占总面积的50% - -60%在西部地区。黄土的蠕变行为的最重要的问题之一是研究[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

很长一段时间,许多学者做了大量的实验研究进展土壤长期变形。Bjerrum对挪威海洋粘土进行了蠕变试验,分析了粘性土的微观结构在长期变形(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。通过一系列一维固结和各向同性整合测试,Mesri和Godlewski指出,高压缩性土在主固结阶段相对较高的压缩系数在次固结阶段(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。张等人指出,当预固结压力的有效应力增加,次固结系数与压缩指数增加。有效应力超过预固结压力时,次固结系数和压缩系数不改变(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。王等人进行了一系列的蠕变测试和获得含水率的影响,干密度,和偏应力蠕变特征的原状,重塑后,饱和黄土(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。朱和李进行原位监测和实验室测试通过使用整合土壤电阻率测试仪,揭示了黄土高填方地基的蠕变机制microperspective [gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。他研究了不同围压的相关性特点,含水量和干密度对黄土变形随时间的变化通过重塑黄土的三轴压缩试验(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。肖等人带不饱和粉质粘土为例,进行了三轴压缩固结排水蠕变试验基质吸力的控制之下,构建了弹性体和部分粘性体考虑基质吸力和不饱和粉质粘土的蠕变本构模型建立考虑基质吸力(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。通用电气等人提出一个蠕变模型符合压实黄土的变形规律基础上的长期蠕变试验黄土与一维固结仪(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。张等人研究了黄土蠕变效应通过一维固结蠕变试验,分析了含水量的影响和紧凑性黄土蠕变(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。杨等人、张研究了重塑黄土的密实度和含水量特性用一维密闭压缩实验和分析土样的蠕变规律(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。陈对重塑黄土的蠕变特性进行了研究使用一维固结仪和三维整合仪器。上述试验表明两级蠕变特征(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

许多学者对黄土的蠕变特性进行了深入的研究,取得了一系列优秀成果(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。在实际工程中,黄土基本上是多维的压力。然而,通过一维应力下的黄土蠕变的研究,我们可以更好地理解黄土多维应力下的蠕变特性,因此,相关的研究仍具有重要意义。此外,它更容易控制外部因素和消除的负载,因此更容易得出有价值的结论。基于黄土与一维的长期蠕变试验高压集运商,有些学者提出了一个经验模型符合压实黄土的变形规律(gydF4y2Ba28gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。根据黄土的单向固结试验的结果,一些研究人员比较了原状黄土和扰动黄土和获得的蠕变曲线和黄土蠕变特性的特征参数gydF4y2Ba32gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。一些研究人员进行单向固结试验黄土经历冻融循环和研究冻融循环和正常压力的影响在冻融黄土的固结蠕变特性gydF4y2Ba35gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

然而,在黄土蠕变试验使用一维固结tester,除了提供侧围压标本,标本的横向变形也将有限的箍作用下环刀。在上面的联合行动,只有垂直压缩和解可能发生在测试过程中,和沉降速率逐渐减小为零,这意味着上述测试仅能证明减速蠕变的特点,而不是加速蠕变阶段。因此,纸沿直径方向上钻洞中心的样本提供人工土壤空间失败。标本的大小增加,确保钻井并不影响整个试样的应力分布。同时,内窥镜被放置在井眼观察黄土的变形和破坏特性在不同阶段的蠕变。gydF4y2Ba

2。测试原理gydF4y2Ba

的方法在中间钻孔样品用于提供为黄土蠕变变形空间。根据圣维南原理和弹性应力解的地下洞穴,圆形洞穴的开挖对围岩产生重大影响在5倍隧道直径,和外面的围岩压力5倍隧道直径大约可以原岩应力。因此,示例钻孔直径应符合下列规定:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BargydF4y2Ba_0gydF4y2Ba钻孔半径和吗gydF4y2BargydF4y2Ba_1gydF4y2Ba是环刀半径。gydF4y2Ba

下的洞可以维护能外部负载。在特定围压下的黄土蠕变试验,它是必要的,以确保井眼保持稳定的时候加载。gydF4y2Ba

在满足上述条件的前提下,应该采用钻孔直径的更大的价值,使测试结果更加明显。根据上述原则,进行实验设计,测试原理图如图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。环刀的大小从2.0厘米×6.18厘米直径高度××6.18厘米到6.0厘米。沿直径孔钻中心的样本提供为黄土蠕变变形空间,如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。在测试期间,为了获得实时变形和失效模式的土壤,内窥镜用于收集照片,如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3所示。测试程序gydF4y2Ba

(1)gydF4y2Ba为了单独的样品环刀试验后,要注意墙的润滑处理的环刀。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba选择指定的钻头直径沿直径钻样例。钻井应缓慢,与样品一致减少干扰。钻井完成后,这个洞应该清洁,确保洞周围的表面是光滑的,并且没有土壤颗粒在洞里。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba扣环、透水板和薄滤纸放在整合容器。安装示例到扣环和环铣刀导环。薄滤纸、透水板和加压上盖放置在样例。整合船在加压的中心框架,加压上盖与加压框架的中心对齐。最后,安装千分表。gydF4y2Ba(4)gydF4y2Ba应用1 kPa prepressure使样品接触的上、下部分仪器。调整千分表或传感器零个或测量初读数。gydF4y2Ba(5)gydF4y2Ba组加载实现。垂直荷载值125 kPa, 175 kPa,和225 kPa,分别和一组平行测试将验证试验结果的准确性。gydF4y2Ba(6)gydF4y2Ba根据下面的时间序列,样品的高度变化时间是6年代,15秒,1分钟,2分钟,4分钟,6分钟15秒,9分钟,12分钟15秒,16分钟,20分钟25年代,25分钟,30分钟15秒,36分钟,42分钟15秒,49分钟,64分钟,100分钟,2小时,3 h, 4 h,等等,直到稳定。纸的稳定性判据,在24小时内土壤变形小于0.01毫米。gydF4y2Ba(7)gydF4y2Ba测试后,样品分离环刀。样本切片季度直径,直径的一半,直径。整容失败的分布规律的每个部分钻孔周围的土壤被记录。gydF4y2Ba

4所示。分析测试的例子gydF4y2Ba

在中国的西安地区黄土为例,黄土的蠕变特性进行了研究。在实验中,环刀的内径是61.8毫米,高度是60毫米。根据钻孔直径要求,确定钻孔直径8毫米,和钻井的中心线位置环刀的高度。样品的主要物理力学参数如表所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

为了探索的变形和破坏规律的标本在不同垂直载荷,垂直载荷100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa, 500 kPa, 600 kPa, 700 kPa, 800 kPa被应用于样品。变形基本稳定后,钻孔的变形和失效模式在当前应力状态是拍摄用窥视。上面的应用负载后,采取土样环刀。土壤样本切片在不同的方向来分析塑料失败法的土壤。gydF4y2Ba

表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba显示样品的失效模式在不同垂直载荷。通过分析,初步确定,保持井眼稳定的最大垂直载荷是200 kPa和300 kPa之间。从图可以看出gydF4y2Ba4gydF4y2Ba之后,装载800 kPa,标本显然是压缩和钻孔向下移动。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba显示了黄土的失败模式沿钻孔方向。的主要失效模式是土壤表面剥落,并沿着井下故障范围基本上是对称的。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba失败显示了模式样本在不同位置的垂直于钻井方向。1/4的塑性区半径的范围相对较小,井眼变得越来越小,有碎石土钻孔。1/2的塑性区半径显然是扩大,和钻孔的变化从圆形到椭圆形。在部分钻孔直径是椭圆形的。塑性区进一步扩大,分布式对称马鞍形状。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba显示附近的塑性区分布的直径。塑性区是对称分布在上部井眼的双峰的形式。最大塑性区半径约45°水平方向。最大塑性区半径钻井半径的2.9倍。塑性区半径的钻孔的正上方是井眼半径的1.7倍。塑性区半径的两边的水平方向的井井眼半径约为2.0。通过平行对比试验,发现上面的法律是普遍的。分析表明,环附近的孔刀显然是受边界影响的环刀,导致的变形和破坏的区别钻孔在中央位置。最大塑性区半径约45°的积极的角gydF4y2BaYgydF4y2Ba设在。失效模式是符合边界线的塑性区土壤样本计算相关理论。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba显示了黄土在不同加载条件下的蠕变特征。125 kPa和175 kPa垂直荷载时,样本显示典型的衰减蠕变特征:土壤中应变率从最大值逐渐降低为0,和土壤应变趋于一个固定值。当负载为225 kPa,标本的第一次经验衰减蠕变、稳定蠕变。当标本变形点gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,应变速率增加,进入加速蠕变阶段。当负载275 kPa,试样的蠕变规律基本上是一致的,在225 kPa。然而,由于垂直荷载的增加,总应变增加,和时间稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段先进,和加速蠕变阶段的应变增加率增加。gydF4y2Ba

当建立黄土蠕变本构模型的基础上,测试结果,不仅需要考虑准确地反映土壤的实际蠕变特征也减少模型中的待定参数。gydF4y2Ba

汉堡模型可用于描述土壤与瞬时弹性变形,衰减蠕变、等速蠕变,卸载后残余变形。同时,该模型参数少,便于理论分析。因此,汉堡模型用于分析黄土的蠕变特性。因为汉堡模型是一种粘弹性模型、加速蠕变阶段的相关数据分析计算模型参数时被排除在外(图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

汉堡的本构方程模型如下:gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba和表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba显示拟合结果和汉堡模型的模型参数。汉堡模型可以准确地描述黄土的蠕变特性。可以看出,本文提出的测试方法的应用,与汉堡模型相结合,可以科学地分析黄土的变形规律在弹性变形,衰减蠕变、等速蠕变和其他阶段。gydF4y2Ba

5。讨论gydF4y2Ba

与传统的一维固结仪相比,蠕变试验方法提出了黄土的可以获得整个蠕变过程特征。同时,该方法具有操作简单,更少的外部因素,内部故障模式和实时观测的土壤。它提供了一种新方法的进一步研究黄土蠕变特征和促进相关研究的有益作用。gydF4y2Ba

本文中描述的测试方法一般适用于一般黄土蠕变特性的研究。实验结果提供依据黄土的长期强度变化,研究黄土的长期变形规律,长期在黄土地质条件下支护结构的力学特征。gydF4y2Ba

然而,这个实验只考虑垂直荷载条件,因此它不能研究黄土在复杂应力条件下的蠕变特性。同时,由于黄土的湿陷变形直接影响钻孔和失败,不可能准确区分可折叠变形和蠕变变形。因此,湿陷性黄土的蠕变特征不能研究了这种方法。gydF4y2Ba

在下一步中,有必要系统地研究黄土的蠕变特征的影响下含水量和孔隙度等关键参数。gydF4y2Ba

6。结论gydF4y2Ba

(1)gydF4y2Ba基于一维集成,提出了黄土蠕变试验的方法。三个完整阶段黄土蠕变过程可以通过这种方法。同时,土壤质量的变化可以观察到蠕变的全过程,了解黄土的蠕变特性。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba加载的时候,样品变形的瞬间。随着时间的增加,变形也增加,应力水平越高,瞬时变形和蠕变变形越大。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba随着竖向荷载的增加,土壤碎片出现的第一表面上钻孔,然后还有复杂的洞周围的裂缝。大约在45°以上孔倾向,第一土体剥落了,然后剥落区域扩散在一个大范围,直到整个洞被毁。在这个过程中,井眼的形状变得平坦,最后从圆形到椭圆形。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这项工作是财务支持的中国博士后科学基金会(没有。2019 m663936xb),科学研究计划为当地陕西省教育部门(没有特殊的服务。19 jc027),陕西省键(没有研究和发展计划。2020 sf - 379),由陕西省教育部资助科研项目(没有。19 jk0399)和宁夏回族自治区的主要研发计划(没有。2020 beg03023)。gydF4y2Ba

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