膨脹土非線性剪切應力松馳特性試驗研究.pdf

1、膨脹土在長期荷載作用下的剪切應力松弛問題是其流變特性研究的主要內(nèi)容之一。由于膨脹土的粘粒含量高、塑性指數(shù)大，其流變特征非常明顯。此外，膨脹土本身具有吸水體積膨脹、強度下降，失水體積收縮、強度部分恢復的特性，使其流變的特征較一般軟土而言更具復雜性。因此，開展這方面的研究，探索膨脹土在長期荷載作用下的剪應力松弛模型、松弛規(guī)律及應力松弛條件下的長期抗剪強度發(fā)展規(guī)律具有比較重要的理論價值。通過相關研究，可為膨脹土工程的應力、強度、變形和穩(wěn)定分析

2、提供相對可靠的理論依據(jù)，為治理膨脹土滑坡、泥石流等地質災害奠定理論基礎。本文在國內(nèi)外已有的研究基礎上，以廣西南寧非飽和膨脹土為研究對象，依托國家自然科學基金資助項目“膨脹土非線性流變特性研究”（項目編號:50978097），以及湖南省科技廳資助項目“膨脹土非線性流變特性本構模型研究”（項目編號:2010SK3047），開展了對膨脹土非線性剪切應力松弛特性的研究。通過一系列室內(nèi)剪切應力松弛試驗研究，以及理論分析和數(shù)值分析，探討了不同初始條

3、件下的膨脹土剪切應力松弛特性，取得了以下幾個方面的主要結論及創(chuàng)新成果:
　　 1、剪切應力松弛試驗研究:
　　 ①在不同初始條件下，膨脹土具有相似的應力松弛規(guī)律，剪切應變剛加上時，剪切應力快速衰減，隨著時間的增加，應力松弛速率逐漸減小，剪切應力逐漸衰減至某一穩(wěn)定值，屬于非完全松弛型。
　　 ②膨脹土的松弛曲線都可以明顯的分成三個階段:瞬時松弛階段、衰減松弛階段、穩(wěn)定松弛階段。
　　 ③不同初始條件下的，不

4、同時刻的剪切應力-應變等時關系曲線都是非線性的曲線，說明南寧膨脹土具有明顯的非線性流變特性，的確是一種彈、粘、塑性體。
　　 ④膨脹土的應力松弛特性與初始剪切應變、含水率、豎向荷載等有關。含水率越高，或者豎向荷載越小，或者初始應變越大，或者時間越長，則膨脹土的流變特性及其非線性程度就越高。
　　 2、剪切應力松弛理論模型研究:
　　 通過對膨脹土的剪切應力松弛特性的分析，選取了H—(H|N)—(N|V)五元件模型

5、及其松弛方程來描述膨脹土的剪切應力松弛特性，經(jīng)驗證，其理論值與試驗值有較好的吻合度，該模型能較好地反映出南寧膨脹土的應力松弛過程中剪切應力隨時間衰減的規(guī)律，具有一定的工程應用價值。
　　 3、非線性剪切應力松弛特性經(jīng)驗模型研究:
　　 通過改進剪切應力對數(shù)與時間對數(shù)的線性關系建立了非線性應力松弛經(jīng)驗模型，并與五元件理論模型進行了對比。非線性經(jīng)驗模型在衰減松弛階段的擬合效果更好。非線性經(jīng)驗模型考慮了應變水平對應力松弛的影響

6、，直觀地反映了南寧膨脹土的非線性應力松弛特性，更加符合工程實際，可為膨脹土非線性應力松弛問題的計算分析提供比較可靠的理論依據(jù)。
　　 4、膨脹土長期抗剪強度方程的研究:
　　 基于膨脹土的剪切應力松弛試驗，建立了膨脹土的長期抗剪強度及其強度指標（粘聚力和內(nèi)摩擦角）的經(jīng)驗方程。通過數(shù)值分析確定相關參數(shù)后，比較理論值與試驗值的吻合度，驗證了其可靠性、合理性?？梢詾榕蛎浲恋貐^(qū)中，各類巖土工程的穩(wěn)定性計算分析提供相關的理論依據(jù)及