非饱和黄土的蠕变特性和弹粘塑性本构模型研究

There are mostly typical unsaturated loess in the original foundation and filling body of the high-grade Highway and the construction of new cities in the West of China which development very fast. Its differential settlement and the settlement after work are problems need to be solved both in engineering and theorey in current. The project will be combined with the construction of new city in Yanan and Expressway. The deformation characteristics, microstructure changes and creep mechanism will be analyzed about the undisturbed loess, compacted loess with the different variations in stress, suction, degree of compaction, time by a large number of triaxial tests, the unsaturated soil triaxial tests , the unsaturated soil consolidation tests, unsaturated soil triaxial creep tests and microstructure tests. The Elasto-Visco-Plastic constitutive model considering the suction and microstructure impact of unsaturated loess will be set up. Then utilizes it in the loess embankment foundation and settlement analysis of highway. Which provide a scientific basis for Highway construction and the construction of new cities in the China's western region.

快速发展的西部地区高等级公路和新城市建设中，原地基和填筑体多为典型的非饱和黄土。其不均匀沉降和工后沉降是目前工程和理论上急待解决的问题。本课题拟结合延安市新城区建设和高速公路的建设，通过开展大量三轴试验、非饱和土三轴试验、非饱和土固结试验、非饱和土三轴蠕变试验和微观结构试验，分析在应力、吸力、压实度、时间不同变化时，原状黄土、压实黄土的变形特性、微观结构变化和蠕变机理，建立考虑吸力和微观结构影响的非饱和黄土的弹粘塑本构模型，并将其运用于黄土填方地基和公路沉降的分析。为我国西部地区的高等级公路建设和新城市建设提供科学依据。

随着新城市建设和高速公路网在西部地区的迅速发展，以非饱和黄土多为原地基和填筑体的工程建设中不均匀沉降和工后沉降成为工程和理论上急待解决的问题。本课题以非饱和黄土地基的不均匀沉降和工后沉降为研究目标，开展了大量试验研究了非饱和黄土在不同应力不同干密度不同吸力条件下的变形特性和蠕变特性。建立了考虑吸力和微观结构影响的非饱和黄土的弹粘塑性本构模型，将其运用于黄土填方地基和公路沉降的分析。主要开展了如下内容： 1．室内基本土性试验：从延安市新城区建设工地和典型高速公路建设现场取得了典型原状Q2和Q3黄土，以及部分重塑土样。运用取得的土样，开展了室内原状黄土和重塑黄土的基本土性试验；2．非饱和土试验：开展了一系列非饱和黄土的非饱和土三轴试验、非饱和土固结试验和非饱和土三轴蠕变试验。做了一系列不同吸力、不同干密度和不同应力条件下非饱和黄土的三轴试验，研究了不同试验条件下非饱和黄土的变形特性和强度特性；开展了控制吸力分别为50kPa、100 kPa、200kPa、300kPa和500kPa，竖向应力逐级增大至2.0MPa的非饱和重塑和原状黄土的固结试验，研究了不同吸力和应力条件下非饱和黄土的固结特性；进行了控制吸力分别为50kPa、100 kPa、200kPa、300kPa和400kPa，净围压分别为100kPa、200kPa、300kPa和400kPa的非饱和黄土的非饱和土三轴固结蠕变试验，分析了非饱和黄土的蠕变特性和机理；3．非饱和黄土微观结构试验：在开展非饱和黄土控制吸力分别为50kPa、100kPa、200kPa、300kPa和400kPa的非饱和土固结试验、三轴试验和三轴蠕变试验的同时，开展了微观结构试验；4．蠕变机理分析和EVP模型的推导：在非饱和土固结和非饱和土三轴蠕变试验的基础上，结合微观结构试验，分析了吸力、竖向应力和时间对非饱和黄土变形特性的影响；研究了非饱和黄土的蠕变机理和弹粘塑性本构模型；5．非饱和黄土EVP模型的工程应用研究：在非饱和土室内试验和微观结构试验基础上推导了考虑吸力和微观结构影响的非饱和黄土的EVP模型，并初步运用于填方区黄土和高速公路路基的沉降计算中。本课题的开展为延安地区的新城市建设和高速公路建设积累了非饱和黄土的试验资料，为工后沉降的计算提供了科学依据。