膨胀土非线性流变特性研究

由于膨胀土在我国分布广泛，致使许多高层建筑、桥梁、公路和铁路不可避免要建造在膨胀土地区，许多工程实例和研究均表明，膨胀土地基的变形和强度会随着时间变化而变化，即具有流变特性，这将导致大量的市政工程、高速公路、高速铁路及挡土墙等结构物随时间发展而逐步失稳破坏。本项目针对膨胀土的这种流变特点，在室内微观、宏观试验、现场测试的基础上，结合软土流变理论和非饱和土理论，对常规三大线性流变元件进行非线性改进，使之适合描述膨胀土的非线性流变过程；同时，鉴于膨胀土遇水的强敏感性，研究与含水量有关的膨胀土流变特性；最后，对流变元件进行适当的组合提出膨胀土流变模型，建立相应的流变理论，并通过基坑模拟试验进一步验证理论的正确性、可靠性。迄今为止，尚未有与该项目类似的研究报道。该项目的开展将填补膨胀土流变理论的空白，并促使膨胀土理论和应用研究达到一个新的水平，其研究成果既具有丰富的理论内涵，又具有广阔的应用前景。

本项目在进行大量的长时间试验研究的基础上，结合软土流变理论和非饱和土理论，根据国家自然科学基金项目研究的要求，针对南宁膨胀土开展了非线性流变特性研究。通过室内试验、模型试验、理论分析和数值模拟相结合的方法，对南宁膨胀土的压缩蠕变、剪切蠕变、应力松弛和长期强度等流变特性进行了全面研究，主要取得如下几个方面的结论和创新性研究成果：.1) 基于大量压缩蠕变和直剪蠕变试验，研究了南宁膨胀土的蠕变变形与其干密度、含水量和应力水平的关系，建立了南宁膨胀土非线性蠕变回归方程，并通过对比分析确定了相关的流变参数。研究结果为简便而准确地预测和估算膨胀土地基的变形提供了依据，为研究膨胀土的非线性流变奠定了基础。.2) 利用改进的固结仪、三轴仪和自行研制的高聚物复合材料流变成型实验装置，对南宁膨胀土开展了大量的长时间压缩蠕变试验研究，构建了多种能反映膨胀土非线性流变特性的压缩蠕变模型及相应的本构方程。为膨胀土变形计算提供了可靠的理论根据。.3) 利用改进的直剪仪和三轴仪，对南宁膨胀土开展了大量的长时间剪切蠕变试验研究，构建了多种能反映膨胀土非线性流变特性的剪切蠕变模型及相应的本构方程。为膨胀土的强度分析提供了可靠的理论根据。.4) 利用改进的直剪仪和三轴仪，对南宁膨胀土开展了大量的长时间应力松弛试验，研究了膨胀土的应力松弛特性，建立了能反映膨胀土非线性流变特性的应力松弛模型和松弛方程，为膨胀土的应力松弛分析提奠定了理论基础。.5) 基于剪切蠕变和应力松弛试验，应用应力-应变等时曲线，研究了南宁膨胀土的长期强度特性，并建立了相应的长期强度理论。理论分析结果和实测结果非常吻合，为膨胀土的长期强度分析提供了理论依据。.6) 在以上研究的基础上，编制了相应的分析程序，对膨胀土的流变变形和长期强度进行了数值分析，得到了诸多有益的结论和结果，并与理论分析和试验研究得到的结果对比，具有很好的一致性。