粗粒土C﹢vi﹢sc蠕变本构模型研究.pdf

《粗粒土C﹢vi﹢sc蠕变本构模型研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、２０１６年第１１期（总第１８８期）江西建材勘察与测绘粗粒土Ｃｖｉｓｃ蠕变本构模型研究■熊杨■中国地质大学（武汉）工程学院，湖北武汉４３００７４摘要：岩土体在外力的长时间作用下，土内部颗粒发生相对位移时表现出来的２粗粒土流变本构模型选择抵抗位移和变形的性质为土体变形的粘滞性，粘滞性又称为流变特目前用于分析土体流变试验结果的模型大致分为元件模型、屈服征［１］，即岩土体在恒定荷载作用下，其变形随时间而增大的过程。本文面模型、经验模型及损失流变模型。其中元件模型由于其简洁、直观且针对三峡库区典型堆积层粗粒土的蠕变性质进行试验，根据改进后的

2、便于数值模拟计算的特点在工程中应用最为广泛。针对本文所分析粗Ｃｖｉｓｃ流变本构模型进行参数拟合，改进后模型能较好描述粗粒土的衰减粒土衰减蠕变且稳态蠕变速率为０的特性，Ｃｖｉｓｃ本构模型是一种黏弹蠕变性质。塑性模型，（图１）能较好的土的压缩和切剪两大蠕变特性。关键词：粗粒土蠕变性质本构模型参数拟合１粗粒土三轴压缩蠕变试验１．１试验方案根据粗粒土土样的常规三轴固结排水（ＣＤ）试验，确定围压（σ３）等级为０１ＭＰａ、０２ＭＰａ、０４ＭＰａ、０６Ｍｐａ时的破坏偏应力ｑｆ；常规三轴得到的破坏偏应力，计算围压分别为０１ＭＰａ、０２

3、ＭＰａ、０４ＭＰａ、图１Ｃｖｉｓｃ流变模型一维示意图０６Ｍｐａ时蠕变试验加载的应力水平（ＳＬ），即蠕变试验的加载偏应力值该模型由伯格模型和一个塑性元件串联而成。图１中，σ为岩土与常规三轴的破坏偏应力值之比，如式（１）：体应力，ＥＭ，ＥＫ，ηＭ，ηＫ分别为弹性模量、粘弹性模量、马克思韦尔粘性ＳＬ＝(σ１－σ３)／ｑｆ（１）系数和开尔文粘性系数，岩土体材料的屈服强度，εＭ，εＫ，εＰ分别为马流变试验中需要监测轴向变形和体积变形，根据大量的试验资料克思韦尔体、开尔文体的应变和塑性应变。Ｃｖｉｓｃ蠕变模型有三个基本分析认为，一般体积变

4、形要先于轴向变形达到变形稳定标准。为避免元件：理想弹簧、理想黏壶和塑性元件。弹性元件的力学性质符合虎克温度改变对结果造成误差，试验室采用空调进行温度控制，试验过程中定律，用以模拟弹性形变，如公式（２）所示；理想黏壶服从牛顿流体定温度控制在２０℃左右。律，用以模拟黏性形变，如公式（３）所示。依据常三轴试验确定的强度指标，按围压０１ＭＰａ、０２ＭＰａ、σ＝εＥ（２）０４ＭＰａ、０６ＭＰａ计算各级应力水平Ｓ＝０１、０２、０４、０６下的偏应力ｄε（３）σ＝ηｄｔ竖向荷载。在已知三轴应力条件下，稳定应力状态若干时间（１０～１

5、８塑性元件符合莫尔库仑屈服准则，由剪切准则和张拉准则组成，如天），记录不同时刻试样变形，当达到预定时间后施加下一级荷载。试式（４）、（５）：验条件如表１所示。表１流变试验条件剪切屈服：ｆ＝σ１－σ３Ｎ＋２Ｃ槡Ｎ（４）围压（ＭＰａ）应力水平稳定时间（天）拉张屈服：ｆ＝σｔ－σ３（５）伯格模型一维蠕变方程如下：０１０１／０２／０４／０６１５／１４／１６／１４σσσＥＫ０２０１／０２／０４／０６１０／１６／１２／１５ε（ｔ）＝ｔ＋＋［１－ｅｘｐ（－ｔ）］（６）ηＭＥＭＥＫηＫ０４０１／０２／０４／０６１

6、５／１４／１５／１４对于Ｃｖｉｓｃ模型的取为无穷大［３］，则相应的岩土材料只会出现衰０６０１／０２／０４／０６１７／１８／１８／１５减蠕变，即变形会随着时间趋于稳定。将式（６）进行变形，得到的拟合方程如式（７）所示。１１１２试验仪器ε（ｔ）＝σ[＋(１－ｅ－ＥＫｔ／ηＫ)]（７）ＥＭＥＫ三轴流变试验设备选择ＹＬＳＺ１５０－３应力式三轴仪，该仪器的系统３改进Ｃｖｉｓｃ本构模型参数拟合组成包括：竖向荷载加载、稳压、控制系统；周围压力加载、稳压、控制系根据式（７）和不同围压条件下蠕变曲线，使用Ｏｒｉｎｇｉｎ进行数据拟统；三轴

7、压力室；反力框架；高压蓄能罐；位移、体变量测系统；荷载传感合，其结果见下表。器及数据采集系统等。该仪器配有专门稳压的高压蓄能罐，可以提供表２Ｃｖｉｓｃ参数拟合表流变试验需要的稳定轴向压力。轴向加试验中体变的量测采用外体变量测装置，其通过测量压力室内水围压偏应力峰应力水平Ｅ／ＫＰａＥ／ＫＰａηｋ／２载应力ＭｋＲ的质量变化来换算外体变，通过测量围压控制压力室质量变化，换算成／ｋＰａ值／ｋＰａ／ＭＰａ（ＭＰａＤ）σ０／ｋＰａ试样的外体变。试验试样尺寸为Ф１５０×Ｈ３００ｍｍ。０１１３１０１５０９４９０４１９８２８９９０９７１

8、．３试验结果及分析０２１６２０９０３３９４３９７６３９１７０９３根据上述试验步骤进行试验，得到滑坡碎石土饱和、固结、排水、稳１００ｋＰａ３１００４２２４０９２７６８２１５３７６９４２０９４定蠕变试验曲线，包括轴向应变—时间曲