不同卸加载条件下软土的蠕变试验研究

• 作 者: 王志刚
• 出 处: 福州大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 软土 卸加载 三轴蠕变试验 蠕变本构模型 数值分析

我国正处于城市化快速发展中,其中大中城市主要分布在沿海地带及河流、湖泊的附近地区,地基土层以沉积的软土为主。这类软土抗剪强度低,透水性低,含水量高,孔隙比高,灵敏度高,压缩性高,有机质含量丰富,各种荷载作用下均具有明显的蠕变特性,是工程建设的主要病害层。常处于表层或浅层,在基坑开挖深度及其影响范围内,致使基坑工程具有显著的时空效应。深基坑工程的施工,对土体而言是一个宏观的卸载过程。坑周土体被划分为若干应力区,针对各分区位置的不同,其土体变形模式也不尽相同。因此,开展各种卸加载条件下软土蠕变特性的研究对城市的地下空间开发利用有着十分重要的意义。本文针对福州地区原状淤泥土进行了不同卸加载条件下的室内三轴蠕变试验,推导出多种应力路径下的软土三维蠕变本构模型,借助ABAQUS对外子程序接口将其应用于实际工程数值模拟和工程问题求解中。主要内容如下:(1)对比分析了各蠕变试验的优缺点,选用合适的试验方法进行了不同卸加载条件下的多种应力路径的三轴蠕变试验,以模拟基坑开挖过程中,各分区土体的卸加载应力变化状态及土体随时间的变形模式。试验结果表明,模拟任一种卸加载应力情况,淤泥质软土的变形都存在着明显的非线性流变特性,尤其是在轴向加载和侧向卸载条件下,土体的非线性特性更为明显,并且随着轴压加载或者围压卸载的比例增大,其总的变形量剧增。(2)基于三轴蠕变试验的等时曲线,选择出能充分考虑卸加载软土蠕变特性的一维西原模型,并通过类比法及参数的转化拓展至三维,建立起不同卸加载条件下的多种应力路径的三维西原蠕变本构模型。进而根据三轴蠕变试验的数据资料,结合Origin曲线拟合工具,应用推导出的三维西原模型对各蠕变试验曲线进行拟合,得到各拟合参数带入反演方程式,从而获得适用于任一卸加载情况的淤泥质软土的三维西原蠕变模型的各参数值。(3)利用ABAQUS对外子程序接口,将前文建立的符合实际卸加载应力路径的三维蠕变模型应用于数值分析中,通过对轴向加荷及双向卸荷的三轴蠕变试验的模拟,验证了模型的正确性及适用性。最后,以两个实际工程(路堤分层填筑工程和基坑开挖工程)为例,建立三维分析模型,进行数值模拟计算,通过最终数据对比,说明了考虑蠕变效应的必要性。