考虑主应力方向变化的滨海淤质吹填土流变特性及其本构模型试验研究

This project aims to study the rheological characteristics of muddy marine dredged fill (after improvement) through 1-D compression, secondary consolidation (or creep) and strain rate tests, as well as the creep and strain rate tests via hollow cylinder system. This project would investigate the soil structure, variation of principle stress direction, evolution of anisotropy and consolidation pressure of K0 consolidated muddy marine dredged fill. Meanwhile, through figuring out the effects/mechanisms of soil structure and anisotropy evolution on creep, strain rate dependency and rotation hardening, the flow rule and rotation hardening function are to be developed; based on the over stress theory and Wheeler’s yield surface function, the constitutive rheological function of muddy marine dredged fill is proposed. The experimental and theoretical results proposed in this project would advance the prediction on deformation and settlement of the built/abuilding embankment, slope, structure, open excavation and underground space.

本项目围绕主应力方向变化条件下的滨海淤质吹填土(预压处理后)流变特性，通过一维常规压缩、次固结、等应变率试验和空心圆柱扭剪蠕变与等应变率试验，研究K0固结淤质吹填土的结构性、主应力方向变化、各向异性演化和固结应力等因素影响下的流变力学特征。揭示结构性和各向异性演化对蠕变、应变率效应以及旋转硬化的作用机理，提出考虑各因素影响的屈服流动法则和旋转硬化表达式，基于过应力理论和Wheeler的屈服面方程建立淤质吹填土流变本构模型。本项目得到的试验和理论成果可用于淤质吹填土上已建和在建的路堤、边坡、建筑物、基坑、地下空间工程等的变形和沉降计算中。

滨海淤泥质吹填土，表现出明显的时间效应和应力方向效应，给地基沉降预测和长期结构安全评定造成了很大的困难。本项目围绕主应力方向变化条件下的滨海淤质吹填土流变特性，通过物理试验研究了K0固结淤质吹填土的结构性、主应力方向变化、各向异性演化和固结应力等因素影响下的流变力学特征。揭示了结构性和各向异性演化对蠕变、应变率效应以及旋转硬化的作用机理，提出考虑各因素影响的屈服流动法则和旋转硬化表达式，建立了流变本构模型。利用本项目提出的固结理论以及流变本构模型，进行了淤质吹填土基础变形预测和沉降计算。研究得到以下结论：.（1）吹填土一维固结蠕变特性受加荷比、试样高度等因素影响，不同加荷比对于吹填土体蠕变量增长影响不同。通过改变加载速率，很好的验证了等速时间线现象与理论，即每条压缩曲线都对应于某一特定的加载速率，增加应变率会产生应变率强化现象，压缩曲线从低速带渐进转移到高速曲线带；同理，降低加载率，会出现应变率弱化现象，压缩曲线渐进退回到低速带。.（2）三轴试验发现，正常固结土体在球应力和偏应力平面上的屈服面、内摩擦角及其对应的临界状态线不受应变率的影响。但是，对于超固结和结构性强的原状土，其强度会随着应变率的增大而增大，表现为屈服面的增大和先期固结压力的增加，应变率对土体强度的影响取决于土体的固结历史和结构性。.（3）在不同的排水条件下，对等向固结和K0固结吹填土进行应力主轴固定单调剪切蠕变和等应变率试验得到了不同主应力方向下的三维蠕变变形规律，特别是主应力方向、大小以及对应的蠕变增量和初始结构性（K0值）、固结应力、屈服强度等的对应关系。通过研究不同的流变本构性，结合本项目的试验结果，提出了新的考虑主应力方向的流变本构模型。.本项目建立的本构模型可带入商用软件进行二次开发，减小计算误差。本项目得到的部分实验成果和计算方法，可用于吹填软土地基的长期沉降预测，优化基坑设计，地下空间工程计算等。