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软土固结蠕变耦合特性的试验研究与理论分析

汤斌  
【摘要】:土体变形的时间效应对于土体的力学属性有重大影响。土体在压缩的过程中,同时包含了固结和蠕变两个过程,是固结和蠕变的耦合过程。 根据国内外研究动态和工程实际的需要,本文在总结前人研究成果的基础上,对武汉地区典型的软土固结蠕变耦合性状进行了室内试验研究和理论分析。探讨了软土固结蠕变室内试验的方法;总结了武汉地区典型的软土固结蠕变变形规律;拟合了武汉地区典型的软土固结蠕变变形的经验公式;建立了实用的非线性弹性粘性固结蠕变模型;推导了非线性弹性粘性固结蠕变模型的有限元方程;在TDBC-95程序的基础上,运用FORTRAN语言改编了有限元计算程序;并用一个工程例子验证了理论的正确性及程序的可行性、适用性。 本文主要结论包括: 1、软土的固结蠕变性状可以通过改装的直接剪切仪和三轴压缩仪以及一维固结仪进行试验研究。武汉地区典型的软土单向压缩试验和三轴固结蠕变试验成果表明,应变与时间的关系曲线具有相似性。在应力水平较低的情况下,表现出衰减蠕变,蠕变量随着时间的增长最后趋向于某一个定值。在应力水平较高时,会发生非衰减蠕变。应力水平越高,蠕变变形越明显。 2、进一步的试验研究与成果分析表明,三轴固结蠕变试验中试样的偏应力~应变等时关系曲线在低应力水平作用下,近似是一些直线,而当应力水平较高时,近似为一簇折线;单向压缩试验中试样的竖向应力~应变等时关系曲线在低应力水平作用下,近似是一些抛物线,而当应力水平较高时,近似为一簇直线。它们都呈现出的相同规律是:试样的应力~应变等时曲线近似为一簇折线或直线,土体的变形为非线性;应力水平越高,应力~应变等时关系曲线越往应变轴靠近,蠕变变形越明显。 3、蠕变可以在排水与不排水两种条件下发生。在低应力水平作用下,排水条件下试样的变形值远远大于不排水条件下试样的变形值。随着荷载级数的增加,不排水条件下试样的变形速率逐渐大于排水条件下试样的变形速率,且最终呈现出不排水条件下试样的变形值超过排水条件下试样的变形值的情况。在相同排水条件下,试样的蠕变性状随着初始含水率及荷载级数的不同而不同。在初始含水率相同的条件下,试样的蠕变性状随排水条件及荷载而发生变化。


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