高应力下西安含水层砂土蠕变特性的试验研究

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1、高应力下西安含水层砂土蠕变特性的试验研究　　摘要：针对西安市地面沉降研究，运用自行研制的高压固结仪，选取了西安市含水层具有代表性的中细砂样，模拟承压含水层的深部的应力环境和水位变化，进行了高应力状态下的一维蠕变试验研究。试验结果表明：西安中细砂的蠕变特征除了受有效应力大小影响外，还与砂土所受应力历史有关。在承压水位下降的情况下，西安中细砂的压缩变形具有显著的蠕变特征；而在承压水位上升情况下，中细砂发生膨胀过程蠕变不明显。根据试验前后激光粒度分析曲线和电镜扫描对比，砂土的蠕变除了和土颗粒间的滑移错动有关外，还和砂

2、土颗粒的破裂有关。在总结试验规律和变形机理的基础上，提出了适合于西安市中细砂蠕变特性的广义Kelvin模型。模型识别得到的广义Kelvin模型的5个参数并不是常数，而是随着应力水平的不同呈现出一定的规律变化性。　　关键词：砂土蠕变；水位下降；地面沉降；微观机理；本构模型；蠕变参数　　中图分类号：TU47文献标志码：A文章编号：1672-1683（2015）06-1133-05　　Abstract：ForabetterunderstandingofthemechanismoflandsubsidenceinXi′

3、an，ahigh-stressconsolidationsystemwasdesigned，andseveraltestsonthemedium-tofine-grainedsandsedimentswereconductedunderdifferentstresses.Thevariations12ofoverlayingpressureandwatertableofconfinedaquiferweresimulatedusingthesystem，andone-dimensionalcreepdeform

4、ationtestswereconductedunderhighstress.Theresultsshowedthat（1）thecreepcharacteristicsofaquifersandisnotonlyaffectedbythemagnitudeofeffectivestressbutalsothestresshistory；（2）whentheconfinedwaterleveldecreases，thecompressivedeformationofsandsamplesshowsobvious

5、creepcharacteristics；（3）whentheconfinedwaterlevelincreases，thesandsamplesbegintoexpandbutthecreepcharacteristicsareinsignificant；and（4）accordingtothecomparisonoflasergranularityanalysiscurveandscanningelectronmicroscopebeforeandafterthetests，thecreepdeformat

6、ionofaquifersandisnotonlyrelatedtotheslipdislocationbutalsothefractureofsandsediments.ThegeneralizedKelvinmodelwasproposedtocharacterizethecreepdeformationofaquifersandinXi′anbasedonthesummaryofexperimentsanddeformationmechanism.Thefiverheologicalparametersi

7、nthegeneralizedKelvinodelwerenotconstantbutvariedwiththeeffectivestress.　　Keywords：creepdeformationofsand；decreaseofwaterlevel；landsubsidence；micro-scopemechanism；constitutivemodel；creepparameter12　　长期过量开采地下水使西安市发生了严重的地面沉降灾害。截止2008年，西安市最大累计沉降量已超过3m。在地面沉降研究早期

8、，学者们通常认为地面沉降中绝大部分沉降量是由黏性土层的压缩所造成的，砂土等粗颗粒发生压缩变形可以忽略不计[1-4]。随着监测资料的积累及研究的深入，学者们逐渐认识到，在地面沉降过程中，砂层和黏性土层的作用并不是截然分开的。虽然两者在压缩性上有一定差别，但由于地下水开采井通常设置在砂层较厚的地区。在地下水位波动影响的深度范围内，地层中砂层的累计厚度可能很大，导致砂层和黏性土层的压缩量也在