论文部分内容阅读
黄土是一种特殊的第四纪沉积物,在我国有相当广泛的分布,尤其是在西部地区。近些年来随着西部工程项目的深入进行,公路及铁路路堤、机场、大型水坝等的建设越来越多,其中涉及大量的高填方项目。研究黄土的物理力学特征,尤其是重塑黄土的变形与强度与时间的关系,将对实际的工程建设有重要的指导意义。本文通过对饱和重塑黄土在连续加卸载方式下的一维固结试验,分析了加载卸载不同过程黄土的变形特征,和循环加载后变形的累积效应。基于室内试验,运用国际著名的非线性有限元软件ABAQUS,建立了合理反映不同加载方式作用下的土体分析模型,将模拟所得数据与试验结果进行比对,验证了模型建立的合理性。基于现有模型,继续建立了在单级加载条件下及多级加卸载条件下的不同应力率、应变率的固结试验分析模型,分析比较了不同加载速率及加载方式作用下有关土体的孔隙比、有效应力和孔隙水压力随时间的变化规律,及孔隙水压力在试样竖直方向上的分布情况。通过对室内土工试验及有限元模型的结果进行分析,主要得到以下几点结论:(1)土样在加卸荷载后发生瞬时变形,且此变形量占每一级应力水平下总变形量的比例很大。但在加卸相同的荷载量至同一应力水平时,试样的回弹量要远小于加载过程中产生的压缩量,可以看出塑性变形占了总变形量的绝大部分。应力长时间作用下土样会产生衰减蠕变;卸载回弹阶段中,应力水平较低时土样的粘性变形较明显。(2)利用ABAQUS建立一维压缩试验有限元模型验证了本次模拟所设置的边界条件以及所采用的的边界面模型是合理的,可以大致模拟出压缩过程的整体变形情况。但模拟中计算得到的回弹变形比实际变形偏小,说明了由侧限压缩试验估算的与回弹变形有关的参数κ值偏小。(3)以常应力率加载,有效应力增长速度随应力率的增大而加快,在最终加载达到同一应力值时的有效应力却越小,不同应力率试验模型最终的有效应力相差很大。(4)应力率越大,孔隙水压力的增长速度越快,最终的孔压幅值也越大。应力率较小的模型的孔压在达到某一峰值后开始下降,且应力率越小孔压开始下降得越早。孔隙比下降速度前期较快,后期逐渐放缓。应力率越大,孔隙比减小速率越快,最终的孔隙比却越大,即试样的竖向变形量越小。(5)加载速率越大,有效应力与总应力偏差越大。有效应力不会立即随着总应力的下降而下降,而是继续上升表现出一定的滞后性,且应力率越大这种滞后性越明显。卸载时,孔隙水压力下降速率随应力率的增大而减小。孔隙水压力在卸载末期出现负值,且应力率越大,负孔隙水压力值越大。(6)常应变率模型中,竖向有效应力均在前半部分增长缓慢,后期增长加快。在时间达到总时间的60%时,应力仅为最终应力的约20%。有效应力增长速度随应变率的增大而加快,最终达到相同应变时的竖向有效应力值也相对越大。(7)应变率越大,孔隙水压力增长越快,最终的孔压值越高,全程孔隙水压力无下降现象。在加载前期,沿深度方向分布的孔隙水压力相差不大,孔压等时线近似相互平行。