粘土的加载速率效应与蠕变特性研究

本项目重点研究粘土在卸载-重复加载过程中的加载速率效应、中性蠕变点的确定方法以及加载速率效应与蠕变特性之间的关系。粘土在初始加载过程中存在明显的加载速率效应，然而，在卸载-重复加载中是否也存在加载速率效应还没有人进行研究。本项目将对此进行研究，并研究在卸载-重复加载条件下加载速率效应的规律。为了满足研究卸载-重复加载过程中测量应微小应变的需要，将采用改进的LDT测量土样的变形。申请者在前期研究中已经发现粘土在卸载过程中如果进行蠕变试验，随蠕变应力水平下降，蠕变会从正蠕变、经过中性蠕变点逐步发展为负蠕变；重复加载试验时，情况刚好相反。本项目研究卸载与重复加载时正蠕变、中性蠕变以及负蠕变之间的转化规律，提出确定中性蠕变点的试验方法。在此基础上，研究粘土加载速率效应与蠕变现象之间的内在联系，为建立粘土的粘塑性本构模型提供参考。

本项目重点研究粘土的加载速率效应、蠕变规律以及卸载-重复加载过程中正蠕变、中性蠕变以及负蠕变的变化规律。考虑到服务地区的社会经济发展需要，本项目的研究对象-粘土，选用的是长江中下游及洞庭湖地区常见的网纹红土。本项目取得的主要研究成果如下。.（1）研制了一种用于三轴蠕变试验应变测量的高精度局部应变仪，并获得国家发明专利授权。.（2）对网纹红土的蠕变特性进行了比较系统、深入的研究。研究结果表明，无论是原状还是重塑的网纹红土都具有明显的蠕变特性。原状土的蠕变曲线不平滑，且没有明显的稳定蠕变阶段；而扰动土的蠕变曲线十分平滑，有明显的稳定蠕变阶段。在卸载与重复加载过程的不同应力水平下进行蠕变时，明显存在正蠕变与负蠕变。.（3）分别得到了单轴试验条件与三轴试验条件下网纹红土蠕变变形计算方程。网纹红土的单向蠕变规律表现为t/ε和t存在高度的线性相关。网纹红土的三轴蠕变可用Singh–Mitchell三参数的蠕变模型来描述。.（4）蠕变等时曲线上有一较明显的转折点，可以认为与此点所对应的应力为屈服应力，当应力小于此屈服应力时，土体为粘弹性体，大于此屈服应力时，土体为粘塑性体。随着围压的增大，屈服应力也在不断增大。.（5）在直剪试验条件下，网纹红土的加载速率效应受垂直压力的影响显著。当垂直压力较小时，试样在低剪切速率下的峰值强度小于较高剪切速率下的峰值强度。当垂直压力相对较大时，试样在低剪切速率下的峰值强度要大于较高剪切速率下的峰值强度。这点与其他普通粘土的加载速率特性恰恰相反。.（6）研究表明网纹红土形成的水泥土也有加载速率效应。在其它条件相同的情况下，加载速率越大，水泥土的峰值强度越大。水泥掺入比越小，水泥土的加载速率效应越明显。含水率小于最佳含水量时，含水率越小，水泥土的加载速率效应越明显；含水率大于最佳含水量时，含水率越大，加载速率效应越明显。