季凍區沼澤草炭土結構特性及本構關係研究

《季凍區沼澤草炭土結構特性及本構關係研究》是依託吉林大學，由佴磊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：季凍區沼澤草炭土結構特性及本構關係研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：佴磊
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

季凍區沼澤草炭土具有分解速度慢，分解不完全，由大量植物纖維構成，沼澤下處於還原環境等特殊的特性。在諸多土類中，草炭土是最為少見的軟土之一，隨著經濟建設的飛速發展，工程規模逐步擴大，有必要結合草炭土的相關工程，研究草炭土結構性對其力學特性的影響，揭示草炭土工程問題發生的內在機理，進而建立合理描述草炭土強度和變形特性的本構模型。在解決草炭土工程問題，滿足其對工程可靠性、穩定性、耐久性和安全性的更高要求的同時，也會極大地促進土的結構性理論的發展和套用。本項目將針對草炭土的結構性進行研究，通過對比試驗的數據整理，分析草炭土變形的內在機理得出強度模型，同時將草炭土的細觀結構與強度特徵相結合，建立適合草炭土的本構模型，使其能較為精確的描述草炭土的力學性質，為今後在工程中進行數值模擬提供選取合理模型和參數的理論依據，更好的指導地質工程實踐。

結題摘要

季凍區沼澤草炭土具有分解速度慢，分解不完全，由大量植物纖維構成，沼澤下處於還原環境等特殊的特性。在諸多土類中，草炭土是最為少見的軟土之一，隨著經濟建設的飛速發展，工程規模逐步擴大，有必要結合草炭土的相關工程，研究草炭土結構性對其力學特性的影響，揭示草炭土工程問題發生的內在機理，進而建立合理描述草炭土強度和變形特性的本構模型。在解決草炭土工程問題，滿足其對工程可靠性、穩定性、耐久性和安全性的更高要求的同時，也會極大地促進土的結構性理論的發展和套用。本項目針對草炭土的結構性和本構關係進行研究，首先對吉林省東部地區沼澤草炭土的分布、成因、工程性質進行研究，從物質組成、物理力學特性、時空特徵等方面研究草炭土區別於泥炭土的本質原因。其次對分解度和有機質含量與草炭土物理力學指標的相關性進行了分析，通過進行分解度試驗分析草炭土分解度的變化規律，同時對草炭土的原狀樣與重塑樣進行相應的力學性質對比試驗，得到草炭土原狀樣和重塑樣的結構特性及受力變化的規律。利用正交設計試驗原理對其進行應力路徑試驗方案設計，研究不同應力路徑下原狀草炭土的偏應力-軸向應變或偏應變特性、體應力-體應變特性、強度特性以及加卸載狀態下的卸載體縮特性，結合草炭土的分解度、有機質含量及微細觀結構對其形成機理進行研究。最後從數值模擬和應力路徑兩方面建立本構模型，一是基於分解度對草炭土強度的影響，結合相關試驗數據，採用BP神經網路和RBF神經網路方法代替數學方法建立本構模型，在建模的同時考慮了不同分解度對草炭土性質的影響，不僅避免了數學建模確定複雜的函式參數和建立一系列假設條件，還可以真實地反映了草炭土的本構關係特徵。二是運用非線性增量理論、彈塑性理論、加卸載準則以及應力路徑等效原理建立了能夠反映吉林省東部地區原狀草炭土的非線性、壓硬性、卸載體縮性以及脹縮性的應力路徑本構模型，結合常規路徑的三軸試驗對模型進行了驗證，結果表明計算的應力-應變規律與試驗結果基本吻合，能夠較好地反映原狀草炭土的變形和強度特性。