非飽和土時效性和本構關係研究

《非飽和土時效性和本構關係研究》是依託太原理工大學，由仝飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非飽和土時效性和本構關係研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：仝飛
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

土的應力應變關係是非線性的，與時效性密切相關。土的時效性/粘性特徵引發的殘餘的地面/地基沉降造成的地上土工結構破壞已經引起各地乃至世界工程界的關注。土的時效性主要包括蠕變、膨脹、應力鬆弛、應變率效應及長期強度，而對於非飽和土而言，由於基質吸力和孔隙壓力變化導致的時效特徵更為複雜。本項目鑒於當前對非飽和土時效性研究缺乏系統的實驗數據和理論分析，以山西典型的非飽和黃土為研究對象，通過實驗研究和理論分析手段，旨在揭示黃土一維到三維的應力應變時效特徵；在Ko固結的基礎上，建立適合非飽和土的本構關係，並通過室內應變率實驗進行驗證；研究還將重點分析非飽和土的各向異性和變形特徵，結合有限元軟體的本構模組開發，進行完全耦合分析，預測和比對黃土的沉降和濕陷性特徵，檢驗模型的有效性。本項目根植於土的基礎研究，具有實際的工程背景和研究價值，項目成果將會豐富非飽和土研究的實驗數據，為工程實踐提供科學依據。

結題摘要

土的時效性主要包括蠕變、膨脹、應力鬆弛、應變率效應及長期強度，而對於非飽和土而言，由於基質吸力和孔隙壓力變化導致的時效特徵更為複雜。本課題針對山西地區典型原狀黃土和重塑黃土，通過本實驗研究和理論分析兩部分，分析黃土應力應變關係和時效性特徵。實驗部分包括土的一維、二維的常規固結實驗以及蠕變實驗，應變率試驗和不同的應力路徑實驗。結合室內實驗繪製了應力應變關係曲線，探討了不同應力狀態下黃土的應變特徵以及主要的影響參數，探討了增水和減水作用下壓縮量的變異特性。分析了不同固結條件、應力路徑對試樣的強度、變形、孔隙水壓力的影響規律，研究了不同的施工工況對應三軸應力路徑下的黃土的強度的變化。結合實驗結果對黃土的蠕變特性進行了廣泛的探討，對表征黃土特性的參數cv, cc, cα以及cu/Eu等進行研究，同時比對飽和/不飽和試樣的特徵曲線，比對重塑土/原狀土的水敏特性。本課題重點分析非飽和土在壓力作用下的時效性變形特徵，結合有限元軟體的數值模擬，驗證了土體參數，預測和比對黃土的壓縮特徵，並模擬了應力率實驗，分析了應力應變關係以及孔隙水壓力的變化。本項目根植於土的基礎研究，具有實際的工程背景和研究價值，項目成果將會豐富非飽和土研究的實驗數據，為工程實踐提供科學依據。由於設備開發問題以及在實驗中取得的數據未達預期，本課題未能提出適合山西地區黃土變形的有效應力本構方程。