濱海軟土蠕變規(guī)律的探討

濱海軟土蠕變規(guī)律的探討

1土體模型理論和非線性重塑性沿海地區(qū)的大多數項目建筑都建在沿海地區(qū)的脆弱層上。軟土主要是指海岸上相互交織的土壤和土壤的粘土。由于其成因、物質組成和結構的特殊性能，它表現出高度收縮、低強度等力學特性。研究證明，濱海軟土不僅具有上述力學特性，還具有明顯的流變性，并且越來越受到工程界的關注。濱海軟土的應力-應變關系不只與時間有關，還與當時所受的應力水平有關，其流變性呈非線性特征。對于土體的彈塑性變形行為，已經有比較成熟的模型和理論描述之；而研究反映剪切流變特性的粘彈塑性行為的模型和理論則相對較少。目前，描述巖土體蠕變特性大致采用兩種途徑：一是采用模型理論，即采用基本元件來表征土體的某些力學性質，例如，用“彈簧”模擬土體的彈性，用“粘壺”模擬土體的粘滯性，用“滑塊”模擬土體的塑性，通過這些元件的不同組合來反映土體的粘彈塑性特性。模型的概念直觀、物理意義相對明確，但多元件的組合，本構方程相對復雜，參數增多，給應用帶來不便。實際模型理論往往只能描述巖土體線性蠕變規(guī)律，對于具有非線性蠕變特征的濱海軟土，模型理論的方法就顯得適應性較差。二是采用經驗理論，即根據土體的試驗結果而抽象的應力-應變-時間關系，對于不同的土、不同的試驗條件，可有各不相同的經驗公式。本文根據已有的研究成果，選擇我國不同地區(qū)的3種濱海軟土對其剪切蠕變規(guī)律進行了研究，試圖尋求一種合理描述濱海軟土的應力-應變-時間關系的模型。2軟土壤侵蝕試驗的結果2.1基本物理力學指標采用3種不同地區(qū)的濱海相沉積的淤泥質粉質粘土在不同固結壓力下進行了三軸剪切蠕變試驗。3種軟土的基本物理力學指標見表1。圖1(a)，圖2(a)，圖3(a)分別為3種軟土的實驗室不同應力偏差的蠕變曲線。由圖可見，軸向應變與時間的關系在lnε-lnt坐標系中呈現良好的線性關系，并且在不同應力偏差下的lnε-lnt關系幾乎是相互平行的直線；當應力偏差較小和較大時，這種特性稍差。2.2濱海軟土的模型線圖1(b)，圖2(b)，圖3(b)分別為3種軟土不同固結壓力下的應力-應變曲線(對應于圖1(a)，圖2(a)，圖3(a))。由圖可見，應力-應變等時曲線不是直線，而是一簇相似的曲線。由此說明，濱海軟土的蠕變性具有非線性的特征。圖4為對這些等時曲線的歸一化處理，表明應力-應變等時曲線可以用一雙曲線函數來描述。3應力-應變-時間關系在表征土體蠕變特征的經驗模型中，最典型的是Singh-Mitchell經驗公式，即式中：ε&為應變率；Sl為剪應力水平；t1為參考時間；A，α和m均為常量參數。對于m≠1的情況，對式(1)積分可得由式(2)可見，當時間t為常數時，應力-應變關系為指數型。根據上述濱海軟土試驗結果，用雙曲線型函數來描述應力-應變關系更為適合(圖5)。Mersi等也曾建議將雙曲線型代替指數型。對于上述濱海軟土的應力-應變-時間關系，將式(2)改為對t=，有對于ε0=0，式(4)可寫成試驗資料表明，式(6)可以描述濱海軟土的蠕變行為。上述應力-應變-時間關系中，只有C,b和n3個參數。C,b反映土的物質組成、結構特征以及應力歷史對變形與強度的影響；n則反映應變速率的大小。由式(6)可見，參數C和b可從t=1t時的(σε/S)-ε直線關系圖中得到；參數n則可根據蠕變曲線得到，它是雙對數坐標中的直線的斜率。上述3種軟土在不同應力差下的n值列于表2。4模型的n值選取3種濱海軟土蠕變模型參數C和b可從圖6中得到。n取蠕變曲線在雙對數坐標中直線的斜率，不同應力差，其直線的斜率相似，取其平均值作為模型中的n值。這樣，可得到3種濱海軟土的蠕變模型，分別為5濱海相軟土的動態(tài)平均系統(tǒng)模型濱海相沉積的軟土具有非線性蠕變的特性，將Singh-Mitchell蠕變模型中的應力-應變關系修正為雙曲線型是合適的，文中建議的蠕變模型可用來描述濱海相軟土的蠕變行為。上述模型只有3個參數，并且容易確定，既簡單又實用。以上成果對濱海軟土蠕變規(guī)律的研究是初步的，有待對其他地區(qū)更多的