成都黏土蠕变特性及非线性蠕变本构模型研究.doc

成都黏土蠕变特性及非线性蠕变本构模型研究成都黏土广泛分布于四川盆地西部、西北部丘陵及高阶地,主要呈褐黄色和褐红色,具有含水率高、压缩性大、强度低和结构性强等特点。成都黏土在长期荷载的作用下,会发生明显的蠕变变形,这将严重影响基坑工程、路基工程和边坡工程的稳定性。因此,研究成都黏土的蠕变特性,构建适用于成都黏土的非线性蠕变本构模型具有重要的理论价值和工程意义。由于成都黏土的形成地质条件和物质组成随着地域的差异而不同,其性质也必将有所不同。本文以成都御龙山和洛带两地的黏土为例,展开了成都黏土力学性质试验和蠕变特性试验研究;构建了关于成都黏土的三个新的非线性蠕变本构模型,分析了各蠕变模型的参数特性,通过拟合验证分析了各蠕变模型的适用性、科学合理性和优越性。具体内容如下:(1)通过室内土工试验,分析了御龙山和洛带两地黏土的基本物理力学性质;得出了成都黏土在不同含水率和围压条件下的破坏偏应力和土水特性,塑性指数和液性指数较大、级配较好等结论。为成都黏土的蠕变试验奠定了基础。(2)通过三轴固结不排水蠕变试验,分析了御龙山和洛带两地黏土蠕变试验曲线特性、长期强度特性、弹性模量以及黏滞系数的加载特性、时效特性和水化特性,明确了两地黏土蠕变弹性模量和蠕变黏滞系数的非定常特性。为成都黏土非线性蠕变本构模型的构建奠定了基础。(3)构建非线性蠕变模型时,根据蠕变曲线特性分别确定应力-应变和应变-时间的非线性关系,并根据蠕变曲线相似性原理构建一个新的非线性经验蠕变本构模型;将成都黏土的蠕变变形分为线性和非线性两部分,分别确定模型,并根据蠕变变形统一原理构建一个新的非线性半理论经验蠕变本构模型;在分数阶导数黏性元件的基础上,构建分数阶导数蠕变模型,并考虑弹性模量和黏滞系数的非定常性,构建一个新的分数阶导数非定常蠕变本构模型。(4)分析了各个非线性蠕变模型中参数的特性,得出了参数对蠕变模型在描述成都黏土蠕变特性时的影响方式和规律;同时,通过对成都黏土蠕变试验的拟合验证分析,发现非线性经验蠕变模型仅适用于衰减蠕变阶段,半理论经验蠕变模型和分数阶导数蠕变模型适用于蠕变全过程,尤其是后者对加速蠕变的描述具有明显的优势;验证了在非线性蠕变模型中考虑弹性模量和黏滞系数的非定常性是十分必要的;通过参数特性和拟合验证的分析,表明了所构建的非线性蠕变本构模型的适用性和科学合理性。本文着重研究了成都黏土的蠕变特性,分析了蠕变过程中黏土性质的变化规律;并在此基础上构建了三个新的非线性蠕变本构模型,分析了模型的参数特性,验证了模型的适用性和科学合理性。为成都黏土区域的基础工程设计和施工设计提供参考意见;同时,拓宽了成都黏土蠕变性质的研究范围,在一定程度上为成都黏土蠕变性质的研究奠定了基础。因此,本文的研究具有重要的科研价值和工程意义。