非饱和膨胀土参数分析

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摘 要:本文对非饱和膨胀土进行了一系列的剪切蠕变试验研究,基于试验结果对膨胀土的各个参数进行了分析。结果表明:剪切模量随剪切水平的增加而减小;随含水量的增加也逐渐减小。相同剪切水平下,粘滞系数随竖向应力的增加而增加;相同竖向力下,粘滞系数随剪切水平的提高而减小。

关键词:剪切蠕变 非饱和膨胀土 粘滞系数

中图分类号:TU443 文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)05(b)-0010-01

土的蠕变是指在恒定荷载作用下,土体的变形随时间而变化的现象。工程实践表明,任何土体都具有蠕变特性。膨胀土的变形可分为弹性变形、塑性变形、粘性变形三部分,其中粘性变形表现为蠕变性状。因此膨胀土的变形不但与应力有关,而且与时间有关。随着时间的推移,处于膨胀土地区工程设施均受到不同程度的破坏,这些与时间有关的破坏都是由于膨胀土的蠕变而引起的。因此本课题小组对膨胀土流变特性进行了一系列的研究,并取得很多重要成果。但针对膨胀土的各个参数进行分析的文献至今还不多见。本文基于剪切蠕变试验数据,对膨胀土的参数进行了探讨,得出了一系列具有指导实践意义的结论。

1 剪切模量

土的剪切模量是评价土体性能的指标之一,它描述了土骨架在剪切应力作用下,土体的粘滞性随时间的变化规律。剪切模量是在剪应力-剪应变等时曲线基础上,按照绘制而成的。膨胀土剪切模量-时间关系曲线见图1和图2。

由图1、图2知,相同竖向力作用下,剪切模量随时间增加而减小,随剪切水平的增加也减小,且其瞬时剪切模量和七天后的剪切模量都减小;相同竖向力作用下,剪切模量随含水量的增加而减小,受含水量影响较大。

2 粘滞系数

粘滞系数是描述土的蠕变特性的另一个重要指标,粘滞系数,则粘滞系数可以根据图3关系曲线得到,即曲线的斜率。发现粘滞系数随竖向应力、剪切应力水平和时间的变化而变化。从图3可得在同一剪切水平作用下粘滞系数随竖向压力增加而增加,从图4可得在同一竖向应力作用下粘滞系数随剪切水平的提高而减小,从图3、图4可得粘滞系数随时间增加而增加,而且增加得相当大。粘滞系数变化较大的原因是因为土具有粘滞性,但并不是只有粘滞性,还存在抵抗外荷载变形的弹性和塑性,是三者共同作用的结果。(如图3图4)

3 结语

本文以非饱和膨胀土为研究对象,对非饱和膨胀土的蠕变特性及参数进行了分析,得出了如下结论:(1)膨胀土具有明显的非线性流变特性,相同竖向应力下,随着剪应力的增加,膨胀土蠕变特性越来越明显;随着含水量的增加,膨胀土的瞬时变形、蠕变变形也相应增加;(2)在相同竖向力下,剪切模量随时间的增加逐渐减小,随剪切水平增加其瞬时模量和七天后的剪切模量都减小;在不同含水量下,剪切模量随含水量的增加而减小。(3)粘滞系数影响因素较多,本文得出粘滞系数随竖向应力的增加而减小,在应力水平较低情况下粘滞系数随时间的增加逐渐增大,并且增加的幅度相当大。

参考文献

[1]肖宏彬,许豪.非饱和重塑膨胀土一维压缩蠕变特性试验研究[J].公路工程,2009,34(6).

[2]肖宏彬,范志强.基于膨胀土蠕变实验的粘弹性模型对比研究[J].自然灾害学报,2009,18(3).

[3]谢宁,孙均.上海地区饱和软粘土流变特性[J].同济大学学报,1996,24(3).