不同剪切应变速率下软黏土力学响应及微观结构分析

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1、广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)不同剪切应变速率下软黏土力学响应及微观结构分析武建胜二〇一八年五月分类号：TU447学校代码：11845UDC：密级：学号：2111509020广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)不同剪切应变速率下软黏土力学响应及微观结构分析武建胜指导教师姓名、职称：刘勇健副教授学科（专业）或领域名称：土木工程学生所属学院：土木与交通工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster（Mast

2、erofEngineeringScience）AnalysisofMechanicalResponseandMicrostructureofSoftClayunderDifferentShearStrainRatesMasterCandidate:WuJianshengSupervisor:AssoociateProf.LiuYongjianMay2018SchoolofCivilandTransportationEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，P.R.C

3、hina，510006摘要摘要我国东南沿海地区软土广泛分布。随着经济的飞速发展，建筑在软土地区的工程建筑物越来越多，因软土地基问题引发的工程质量问题也越来越多。软土在宏观上表现出来的物理力学性质受控于土的内部微观结构，软土的宏观力学性质与微观结构的关系研究是土力学向纵深发展的重要方向之一。本文以广州市南沙地区某软基处理工程为背景，综合运用真三轴试验和核磁共振试验研究不同荷载水平和不同剪切应变速率下软黏土的力学响应特征、微观结构分析及其本构关系。本文综述了软土工程特性、速率效应、微观结构分析以及有限特征比本构关系等方面的研究进展；然后运用改进型SP

4、AX-2000静动真三轴仪对广州市南沙地区软土进行了三种围压（100kPa、150kPa、225kPa），三种中主应力（120kPa、175kPa、270kPa），三种剪切应变速率（10-6/s、10-3/s、10-1/s）的固结不排水剪切试验。同时运用SEM与NMR技术分析了软土试验前后的微观结构变化特征。最后以V/S为基本参量构建了有限特征比本构模型，并将模型计算值与实测值、基于实测数据的预测值进行对比分析。主要成果如下：1.饱和软土真三轴固结不水剪切特性研究（1）本次试验条件下，当应变速率相同时，从偏应力-应变关系曲线上显示，饱和软黏土的抗

5、剪强度随着中主应力的提高而增大。在低中主应力和慢剪切速率作用下软黏土较容易呈现应变软化特征，在高中主应力和快剪切速率作用下较容易呈现应变硬化特征。分析了应变速率对抗剪强度参数的影响。（2）饱和软黏土孔压受剪切速率影响较为明显，在剪切过程中孔压峰值随着剪切速率的增大而减小。在剪切应变速率为10-1/s条件下，当中主应力为120kPa、175kPa时对软土孔压的影响较小；当中主应力为270kPa时，剪切速率对软土孔压的影响更明显。2.饱和软土在固结不排水剪切过程中的微观特征（1）对围压为150kPa、中主应力为175kPa，剪切速率为（10-1/s、

6、10-6/s）的真三轴试验后土试样和原状土进行了NMR试验。结果表明真三轴试验前后软土的孔径均主要分布在1-20μm范围之间。仅原状土中存在半径r大于1000μm的超大孔隙，占比0.035%；原状土样中大孔隙（20μm

7、聚集体，呈海绵状结构。在剪切速率10-1/s与10-6/s作用下聚集体随着应变的增加逐渐减小，轴向应变达到8%时，软土微观结构类型变为主要以边-边接触的细小颗粒；软土总孔隙个数均随着轴向应变的增加逐渐增多，而其孔隙平均直径随着轴向应变的增加逐渐减小。3.理论分析方面（1）以V/S为基本参量，构建了有限特征比本构模型，并将模型计算值分别与实测值、基于实测数据的预测值进行对比分析，结果表明，该模型在软土地基处理方面具有较好的适用性。关键词：软黏土；力学响应；应变速率；孔径分布；有限特征比IIABSTRACTABSTRACTSoftsoiliswide

8、lydistributedinthesoutheastcoastalareasofChina.Withtherapiddevelopme