文摘

作为土壤的基本力学性能之一,给定类型土的蠕变特性与应力路径有关,和压力水平。摘要三轴剪切蠕变测试不同偏应力水平下进行完整的样本和粘土的重组样本来自杭州,中国。根据玻耳兹曼线性叠加原理,粘土试样的蠕变曲线得到了不同程度的偏应力下,蠕变特性的完整示例和重组样本比较总应力蠕变分析和有效应力蠕变分析。此外,安装使用双曲蠕变模型蠕变曲线。结果表明,(1)在相同的应力水平下,完整的样本的蠕变发展超过重组样品;(2)双曲蠕变模型是适合描述完好无损,重组粘土的蠕变特性,以及模型参数和可以是线性相关的压力水平 ;(3)应用程序的双曲线模型,总应力分析更有效,模型参数和与博士可以由一个线性关系。

1。介绍

蠕变是时间的宏观反映土的变形由于压力变化的影响。它会导致长期的解决建筑地基和路堤,这可能会导致不利影响的可服务性建筑和公路的维护。相比沙质土壤,粘质土壤的蠕变是相当大的,不能忽视,这是至关重要的调查饱和粘土的蠕变特性。

以前的实验研究[1- - - - - -5)表明,土的蠕变特性取决于土壤的结构和受其沉积历史和沉积环境的影响。此外,加载路径和应力水平也会影响土壤蠕变特征(6,7]。例如,在一维(一维)压缩和固结试验土样的一维蠕变会影响土壤的刚度和应力水平(8,9]。然而,在三轴试验,土壤样本可能在三个方向变形,引起的体积变化和超孔隙压力消散有关排水条件(5,10),所以蠕变加载路径依赖特征。

预测土壤地面应用载荷作用下的变形过程,有必要建立蠕变模型,适用于各种压力条件。基于一维压缩蠕变试验的香港海洋重组粘土、阴(11)提出了一个非线性蠕变模型与对数时间变量。通过三轴蠕变试验的土壤在不同压力下,辛格和米切尔(12]提出Singh-Mitchell经验压力蠕变模型,指数函数是用来描述应力和应变之间的关系,幂函数是用来描述应变和时间之间的关系。然而,模型表现不佳时,偏应力水平低于20%或高于80%。Mesri et al。13]提出使用两个非线性函数来描述蠕变模型strain-time和应力-应变关系,分别。陆et al。14)进行了一系列的湖南路基软土三轴固结不排水蠕变测试,并提出了一个不排水蠕变公式。引导的基础上重塑土的三轴剪切蠕变试验,通过比较不同的蠕变模型,肖(15)提出了一个双曲蠕变模型,考虑到排水条件。

为了讨论软粘土的蠕变特性,有必要澄清粘土的固结和蠕变之间的关系。有两种观点:一种观点假定thecreep和粘土的固结变形耦合和同时发生;anotherpoint假定没有蠕变发生在整合过程中,即,afterconsolidation会发生蠕变。在三轴剪切试验,总平均应力 采取的土骨架和孔隙水,而偏应力只有土骨架。因此,有两种方法,偏应变蠕变分析根据两个点,分别是:第一个是总应力蠕变(TSC)的分析,当总平均应力和偏应力保持不变是设置为蠕变的起点;第二个是有效应力蠕变(ESC)分析,时间,当有效平均应力和偏应力保持不变,将蠕变的起点,如图1。

从上面的分析中,为了研究特定的粘土的蠕变特性,建立一个适用的蠕变模型,有必要进行实验模拟实际加载过程。本文三轴剪切蠕变试验进行了完整的样本和饱和粘土的重组样本,分别从杭州湾地区,中国。总应力蠕变分析和有效应力蠕变分析被应用于研究完整的粘土的蠕变特性和重组粘土在不同压力水平。然后,实证饱和粘土的蠕变模型提出了在实践中使用。

2。土壤样品制备和测试计划

2.1。土壤样品制备

土壤样本来自震源深度20 - 25米以下的表面工程地点在杭州,中国,则被认为是饱和粘土。身体指数如表所示1。完整的样本获得使用土壤钻孔器;样品制备过程中最初的结构是保持。重组粘土样品是由压实土壤的含水量为28%,一层一层地进入模具样品制备,及其影响的粘质土壤干密度是一样的。圆柱形样本的维数在三轴试验中使用 毫米。房间温度控制 在测试期间°C。

2.2。测试方法

在该测试中,采用GDS三轴仪,应变测量的分辨率可以达到纯。饱和土样后是95%,它是各向同性的合并的压力下p = 400 kPa。整合后,偏应力增加的步骤在排水条件下规定的水平。应变发展监测在不同偏应力水平。

研究土壤的结构蠕变特性的影响,完整和重组土壤样本都是相同的程序,但不同的加载测试步骤,如表所示2。固结不排水剪切强度条件下完整的样品和重组粘土430 kPa和330 kPa,分别如图2。相应的加载方案设计(如表所示2)。装货过程的时间两个样品图所示3。偏应力的加载时间为每个级别调整根据孔隙压力消散,确保二次固结的发展。对于每个loadingstep,应力状态保留到轴向应变率小于0.0001 / d insecondary整合过程。

3所示。测试结果和分析

3.1。总应力蠕变分析

(1)而分析的总应力蠕变完整样本,剪切蠕变试验分为7的水平。如图4每个偏应力水平下,完整的示例显示非线性的偏应变随时间变化。随着偏应力的增加,应变增量随时间也增加了

通过使用玻耳兹曼叠加测试曲线的线性叠加原理3],strain-time曲线完整的样本在每个偏stresse可以获得,如图5。可以看出,随着偏应力水平的增加,偏应变蠕变发展更多和更长的时间。(2)而分析的总应力蠕变重组样本,剪切蠕变分为5个层次。如图6重组样本的偏应变速率也表现出非线性衰减特性;随着应力水平的增加,应变增量明显增加。通过应用玻耳兹曼的线性叠加原理,总应力重组样本在不同偏应力下的蠕变曲线如图7。可以看出,偏应力越大,偏应变蠕变演化越大,所需的时间也越长蠕变变得稳定

通过比较偏应变的整个曲线(数据4和6)和蠕变曲线(数据5和7)在不同偏应力,可以发现两个完整的粘土和再造的粘土样品表现出类似的蠕变特征。然而,对于相同的偏应力水平,蠕变应变演化完整的粘土样品给超过reconstitutued样本,和更短的时间在蠕变过程中稳定。

3.2。有效应力蠕变分析

(1)主要有两种划分方法和次固结:一种方法是基于孔隙压力损耗分析,在截止时间可以确定当固结度达到95%,这也被称为有效应力蠕变的起始时间;另一种方法是基于e-p曲线分析,根据曲率的变化可以确定e日志p曲线(20.,21),如图8,是由孔隙水压计程仪t曲线。

表3和4显示该部门的结果完整的样本和重组样本,分别由两种方法。它可以发现(我)完整和重组样本的由曲线分析方法比孔隙压力消散的短方法,和相应的整合程度的完整示例和重组样本分别为平均约80%和70%。考虑到样品的渗透系数会改变在整合和中小学合并将耦合的一些扩展,曲线特征的方法是可以接受的,然后应用于分析(2)在这两种划分方法分析,次固结的起始时间的完整示例似乎晚于重组样本,表明土壤的初始结构的影响(3)偏应力水平越高,次固结的起始时间晚

基于上述分析,提出曲线分析方法确定有效应力蠕变饱和粘土的起始点。(2)有效应力和蠕变分析。数据9和10显示完整的样本的偏应变和蠕变曲线和重组样本使用曲线分析方法,分别。它可以发现1)完整的示例和重组样本,偏应力水平越高,越蠕变演化和蠕变速率越高;2)在次固结阶段,偏应变的发展完整的样品不同于重组的样本

4所示。饱和粘土的蠕变模型和参数分析

4.1。双曲蠕变模型的建立

基于理论、经验、quasitheoretical quasiexperience,研究者提出蠕变模型适用于不同类型的土壤(11- - - - - -20.]。在本文中,两个模型(阴的模型11)和Singh-Mitchell模型(12])常用来描述软土的蠕变特性选择适合的蠕变曲线完整的土壤。如图11应力水平较低时,两种模型的蠕变曲线可以用来适应完整的样品。然而,当应力水平高,Singh-Mitchell模型的拟合精度成为低,虽然阴的模型不能适用。应用两种模型的蠕变曲线完整的土壤似乎不能令人满意。

基于测试结果,双曲蠕变模型提出的肖(15)是使用适合的蠕变特征的完整和重组样本,如下: 在哪里代表样本的偏应变 ; 代表样本的偏应变 ; 是参考时间;是最后的偏应变蠕变;当 , ;和是时间的蠕变特征的土壤,这是蠕变时达到总数的50%蠕变。

4.2。总应力蠕变的拟合分析

(1)基于三轴试验的结果完整的样品,下的蠕变曲线完整的样品多偏应力水平安装使用双曲经验模型,如图12。它可以发现双曲蠕变模型可以适合的总应力蠕变过程完整的样品。表5给出了参数的双曲模型拟合完整的粘土样品在不同偏应力,并展示了模型的准确性是非常令人满意的。当压力水平 增加,和拟合参数和与压力呈正相关吗(2)重组样本下的蠕变曲线多偏应力水平安装使用双曲经验模型和图所示13。根据拟合分析表6可以看出,拟合精度也令人满意。随着应力水平的增加,和增加,表现出相似的模型参数与应力水平之间的相关性影响的样本(3)根据模型拟合结果的表5和6,图14显示了模型参数之间的关系和 。可以看出,对完整的样本和重组样本,最终偏应变蠕变随偏应力水平;在相同的应力水平下,最终偏应变蠕变的完整示例大于重组样本。图15显示了模型参数之间的关系和 。它可以发现增加了完整的粘土,博士与应力水平重组粘土与应力水平变化在一个狭窄的范围内增加在0 ~ 1之间。平均而言,B年代约为400分钟

从数据可以看出14和15模型参数,和 ,完整的样品和重组样本线性相关性与应力水平 。线性拟合关系给出了方程(2)- (5)。

4.3。合适的有效应力蠕变分析

(1)根据有效应力安装完整的样本在不同应力水平下的蠕变曲线(图使用夸张的蠕变模型16),模型参数提取到表7。拟合精度高于99%。的参数和完整的样品与应力水平增加。需要注意到,当偏应力水平达到98%,尽管双曲模型拟合的准确性仍很好,蠕变参数和完整的样品都大大增加,这表明当偏应力接近失败的价值,土样的剪切蠕变将增加和蠕变发展不稳定的很长一段时间。在工程实践中,在这种高压力水平,失败的问题需要关注,而不是变形的问题。这种现象没有被观察到在总应力蠕变,虽然参数是迅速增加下压力水平高吗(2)图17显示了有效应力的拟合结果重组样本在不同应力水平下的蠕变曲线。模型参数提取和给定的表8。这表明拟合精度高于90%,随着应力水平的增加,的价值改变很少的压力水平响了0 ~ 1(3)根据给出的模型参数表7和8,图18显示之间的关系和(省略的蠕变数据的高压力水平 )。可以看出,模型参数和在正相关。图19显示了模型参数之间的关系和 ,。完整的粘土,线性关系被打破 。双方的 和 ,的值是线性扩大与应力水平的博士重组样本的平均1050分钟的重组样本

5。结论

的蠕变特征完整和重组样本在不同压力下通过室内三轴剪切蠕变试验进行了研究。双曲蠕变模型被用来适应蠕变曲线,并讨论了模型参数的值。主要结论如下:(1)研究了粘土的蠕变行为的三轴剪切应力下,完整的样本和重组样本,显示非线性变化特性;蠕变和蠕变与应力水平增加的时间。在相同的应力状态下,重组样本的蠕变发展不到完整的示例,表明,对于实际应用,蠕变参数应该测试完整的样品含有原始土壤结构(2)双曲蠕变模型适用于描述饱和粘土的蠕变行为在完整或重组条件。总应力蠕变分析和有效应力蠕变分析,模型完全吻合,表明,双曲线蠕变模型适应性。模型参数和都显示出与应力水平线性相关 。在相同的应力水平下,最后的三轴蠕变应变然而,尽管完整的样品随着应力水平的增加,重组样本的变化非常小,可以被视为一个常数对于一个给定的粘土(3)在使用的总应力蠕变分析,两者兼而有之和双曲模型的显示与应力水平的线性相关和总应力蠕变分析可能是一个潜在的工程应用的建议。

数据可用性

所有数据在研究过程中生成的。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突与这篇文章有关。

确认

这个项目是由中国国家自然科学基金(批准号51878616),浙江大学的基本科学研究基金(批准号频20 qn001)和浙江省自然科学基金(LHY19E090002)。