非饱和网纹红土蠕变特性与加载速率效应研究

Because of reticulate red clay distributing broadly and has a unique structure, its engineering performance has been valued by geological engineering practitioners. Reticulate red clay involved in geological engineering in practice is mostly unsaturated reticulate red clay, but research on creep characteristics and loading-rate effects of unsaturated reticulate red clay is basically a blank stage and cannot meet the needs of engineering practice. This project focuses on the study of creep properties and loading-rate effects of unsaturated reticulate red clay. Through research into the effects of matric suction on creep deformation under isotropic loading creep condition and creep characteristics in moisture absorption and desorption process, positive, neutral and negative creep in unloading-reloading process will be studied to reveals the creep properties of unsaturated reticulate red clay. In addition, study on the loading-rate effects will be carried out together with normalization of stress-strain curves of unsaturated reticulate red clay under different loading rates. On this basis, rheologic model of unsaturated reticulate red clay will be established to provide theoretical and computational methods in engineering design and construction.

由于分布范围宽广而且具有较为独特的结构特性，网纹红土的工程性能一直为地质工程实践工作者所重视。地质工程实践中涉及到的网纹红土多为非饱和网纹红土，然而有关非饱和网纹红土的蠕变特性与加载速率效应的研究基本上还处于空白阶段、远不能满足工程实践的需要。本项目着重研究非饱和网纹红土的蠕变特性与加载速率效应。利用等向以及剪切加载过程中的蠕变试验，研究基质吸力对蠕变变形的影响、吸湿与脱湿对蠕变特性的影响以及在卸载与重复加载过程中非饱和网纹红土的蠕变除了正蠕变以外，是否存在中性蠕变与负蠕变。此外，还研究基质吸力对网纹红土的加载速率效应的影响，以及不同加载速率条件下非饱和网纹红土的应力-应变曲线的归一化问题。在此基础上，建立非饱和网纹红土流变模型，为涉及到非饱和网纹红土的地质工程设计与施工提供理论依据与计算方法。

广泛分布于长江中下游地区的网纹红土具有较为独特的结构特性，其工程性能一直为地质工程实践工作者所重视。非饱和网纹红土的蠕变特性与加载速率效应的研究基本上还处于空白阶段、远不能满足工程实践的需要。本项目重点研究了非饱和网纹红土的蠕变特性与加载速率效应，具体研究内容与取得的研究成果如下。.（1）对非饱和网纹红土的吸力平衡特性进行了研究。研究结果表明：非饱和网纹红土吸力平衡时间受吸力控制方法影响，采用不同的控制方法，平衡时间可能是几十小时或者几十天，而且脱湿过程中所需的吸力平衡时间比吸湿过程明显要长。.（2）进行了网纹红土的土水特征试验研究。研究结果表明： 网纹红土的SWCC有着明显的滞回现象，其中脱湿过程的曲线普遍高于吸湿过程的曲线，而且随着干湿循环次数增加，滞回圈的面积在不断减小。.（3）进行了非饱和网纹红土的等向蠕变与脱湿剪切过程中的蠕变试验研究。研究结果表明：在恒净围压试验条件下，保持基质吸力不变进行蠕变时，基质吸力使土样产生轴向蠕变与径向蠕变，且径向应变数值大于轴向应变数值；在分级加载蠕变试验过程中，随着基质吸力值增加，由基质吸力产生的轴向蠕变与径向蠕变都逐步减小，说明基质吸力也对网纹红土有硬化作用。.（4）研究了基质吸力对网纹红土的加载速率效应的影响，以及不同加载速率条件下非饱和网纹红土的应力-应变曲线的归一化问题。研究结果表明非饱和网纹红土的加载速率效应明显；而且，在小应变范围内不同加载速率下的应力-应变曲线可以进行归一化。.（5）分别建立了非饱和网纹红土的等向蠕变模型与加载速率效应模型。等向蠕变模型中的蠕变变形量与基质吸力成指数关系，与蠕变时间成双曲线关系。加载速率模型通过引入与基质吸力相关的粘性参数β对不同加载速率下的应力-应变曲线进行了较好的归一化。.本项目研究成果为涉及到非饱和网纹红土的地质工程设计与施工提供理论依据与计算方法与依据。