【摘要】：軟土在我國(guó)主要分布于湖泊、江河的中下游及沿海的三角洲地區(qū),其較強(qiáng)的蠕變特性對(duì)實(shí)際工程中建筑物的工后沉降有著極大影響。隨著珠江三角洲地區(qū)沿海、沿江等地城市化的快速發(fā)展,也帶動(dòng)了大量軟土工程的開發(fā)利用,同時(shí)許多穿過甚至構(gòu)筑在軟土地基層上的建筑基礎(chǔ),可能會(huì)隨著軟土長(zhǎng)期蠕變特性而產(chǎn)生過大的工后不均勻沉降,這將成為建筑物安全使用和穩(wěn)定性方面的潛在威脅。合適的蠕變本構(gòu)模型能夠準(zhǔn)確、真實(shí)的反映出蠕變過程中應(yīng)力、應(yīng)變與時(shí)間的變化關(guān)系,也能更好的預(yù)測(cè)實(shí)際工程中軟土變形發(fā)展。由于不同區(qū)域土層的沉積環(huán)境不同,使得各地區(qū)軟土成分較復(fù)雜,相應(yīng)的蠕變特性及本構(gòu)模型也不盡相同�；诖�,本文以廣州蘿崗原狀軟土為研究對(duì)象,采取室內(nèi)直剪蠕變?cè)囼?yàn)與流變學(xué)理論相結(jié)合的方法,從宏觀蠕變力學(xué)特性行為和機(jī)理出發(fā),對(duì)軟土蠕變特性及其本構(gòu)模型展開深入探討。本文主要研究工作和結(jié)論有如下幾個(gè)方面:(1)采取室內(nèi)直剪蠕變?cè)囼?yàn)對(duì)蘿崗原狀軟土蠕變特性展開了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,分級(jí)加載作用下蘿崗軟土的剪切應(yīng)變隨時(shí)間的增加呈階梯狀的變化趨勢(shì);蘿崗軟土在各級(jí)荷載的加載瞬間都會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)剪切變形,且該變形與時(shí)間無(wú)關(guān);在較低剪應(yīng)力下,蘿崗軟土蠕變變形較小,變形在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),主要表現(xiàn)為衰減蠕變特征;在中等和較高剪應(yīng)力下,蘿崗軟土既有明顯衰減蠕變特征,也有等速蠕變過程,且剪應(yīng)力越高,等速蠕變時(shí)間越長(zhǎng),蠕變變形達(dá)穩(wěn)定也越久;蘿崗軟土具有顯著的蠕變特性,其蠕變變形隨應(yīng)力的增加而越明顯,相應(yīng)的蠕變時(shí)間也越長(zhǎng)。(2)基于蘿崗軟土應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系曲線,對(duì)比分析了三種典型的線性流變本構(gòu)模型對(duì)試驗(yàn)曲線的擬合效果。分析發(fā)現(xiàn),Merchant模型只有在較低和較高剪應(yīng)力水平下的模擬效果較好;Burgers模型在各剪應(yīng)力水平下擬合效果均不理想;五元件廣義Kelvin模型能較好的描述各蠕變曲線變化特征。由于線性流變本構(gòu)模型中擬合參數(shù)值是隨應(yīng)力而變化的,且任何一組線性流變本構(gòu)模型參數(shù)下的本構(gòu)方程均不能完全模擬蠕變曲線過程,說明線性流變本構(gòu)模型不能較準(zhǔn)確、方便的描述軟土蠕變特性。(3)以蘿崗軟土蠕變的應(yīng)力-應(yīng)變等時(shí)曲線為基礎(chǔ),對(duì)蘿崗軟土蠕變過程的非線性特征進(jìn)行分析。當(dāng)剪應(yīng)力小于屈服應(yīng)力,蘿崗軟土蠕變過程則以粘彈性蠕變特性為主;當(dāng)剪應(yīng)力大于屈服應(yīng)力,蘿崗軟土蠕變過程開始呈現(xiàn)粘塑性蠕變特性;蘿崗軟土的整個(gè)蠕變過程具有顯著的非線性特征,且隨著時(shí)間的推移越發(fā)明顯。(4)基于線性流變模型擬合效果和蠕變?nèi)崃颗c時(shí)間變化關(guān)系曲線的分析結(jié)果,推導(dǎo)建立了軟土的非線性蠕變本構(gòu)模型�？紤]土體蠕變的非線性,把蘿崗軟土蠕變變形簡(jiǎn)化為線性粘彈性、線性粘塑性和非線性粘塑性三部分;對(duì)線性粘彈性選取五元件廣義Kelvin模型建模,線性粘塑性部分則采用一個(gè)摩阻滑塊并聯(lián)一個(gè)獨(dú)立彈簧再與一個(gè)Maxwell體并聯(lián)的組合蠕變模型描述,而非線性粘塑性選用冪函數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M;結(jié)合以上三個(gè)模型,從而推導(dǎo)建立一個(gè)半理論半經(jīng)驗(yàn)的非線性蠕變本構(gòu)模型,并通過Origin9求解出固定的13個(gè)模型參數(shù)值,克服了線性流變本構(gòu)模型參數(shù)取值的變化性,且并較好的擬合了各直剪蠕變?cè)囼?yàn)曲線結(jié)果。此外,通過該模型對(duì)廣州南沙地區(qū)天然軟土蠕變變形的預(yù)測(cè),并取得了較好的吻合效果,驗(yàn)證了該非線性蠕變本構(gòu)模型用于描述珠三角地區(qū)軟土蠕變變形過程的合理性和適用性。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU41

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本文編號(hào)：2607881