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《湖南工业大学》 2010年
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膨胀土固结与蠕变试验研究

滕珂  
【摘要】:膨胀土在全球分布非常广泛,由它引起的工程事故频繁,这给世界各国带来了巨大的经济损失。许多工程实例和研究均表明,以膨胀土作为地基的市政工程、高速公路、高速铁路及挡土墙等结构物随时间发展而逐步失稳破坏,地基的长期沉降、隧道施工时的地表沉降及变形等均与其固结和蠕变特性有关。而迄今为止,专门针对膨胀土的综合固结和蠕变特性的研究还未见有公开报道。因此,对膨胀土进行系统的研究很有必要也很紧迫。基于国内外土固结与蠕变特性的研究现状,在综合分析相关文献的基础上,结合国家自然基金、湖南省自然基金和湖南省教育厅重点资助项目等科研课题的研究,本文展开了南宁膨胀土固结与蠕变特性的研究工作。通过室内试验、理论分析和数值分析相结合的方法进行了研究,主要取得了如下几个方面的结论和研究成果: 1)针对有无预压和不同加荷比条件下饱和膨胀土分级加载的固结试验研究表明:在无预压条件下,不同加荷比的试样的孔隙比与e-t对数曲线是不同的。加荷比小的曲线平缓,加荷比大的曲线有明显的弯曲;有预压时,当p200 kPa与p200 kPa时,e-t对数曲线分别呈不同变化趋势;对比有无预压固结试验结果证明预压有利于减小总应变量和蠕变效应,但其效果受膨胀土膨胀的影响;提出了无预压时e-lgp和ε-t的经验方程。 2)针对南宁非饱和膨胀土和株洲非饱和红粘土进行了一系列实验研究,包括:考虑固结耦合效应分级压缩蠕变试验、回弹试验以及通过电子显微镜进行的微观结构研究。并结合固结试验结果进行理论分析得出:与红粘土相比膨胀土具有较为显著的流变性质;在完全侧限条件下,膨胀土的蠕变是不能任意发展的;分析对比了两种土的试验曲线,并得到了相应的经验公式,经验公式拟合曲线与实测曲线吻合较好;通过电子显微镜进行微观结构分析,从而在微观角度上应证了宏观实验的结论。 3)通过改装的直剪蠕变仪研究了不同竖向固结压力下南宁非饱和膨胀土的剪应变-时间曲线,试验结果表明:当应力水平低于屈服极限时,膨胀土表现为衰减蠕变,当应力水平高于屈服极限时,膨胀土一般具有明显的非线性流变特性;通过剪应变-时间曲线确定其蠕变经验方程;在膨胀土蠕变剪切过程中,固结和蠕变是耦合的。 4)通过对压缩蠕变和剪切蠕变进行数值分析,提出可以拟合膨胀土压缩蠕变的改进模型和提出可以拟合红粘土蠕变的新型模型,并且对两模型进行对比;在剪切蠕变试验中,南宁非饱和膨胀土在一定的含水率条件下,可以运用本文提出的改进模型进行拟合。
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