不同溫度下的土動(dòng)力特性試驗(yàn)及動(dòng)本構(gòu)模型研究.pdf

1、近年來，在熱能貯存、核廢料處置、爆炸軟基處理、垃圾填埋場(chǎng)、公共交通系統(tǒng)等諸多工程建設(shè)領(lǐng)域中，大量熱量在巖土體中傳播、擴(kuò)散，引起巖土體溫度發(fā)生改變，進(jìn)而影響其力學(xué)特性，故巖土體的溫度效應(yīng)研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)外對(duì)土體的溫度效應(yīng)展開了廣泛的研究，獲得了土體熱固結(jié)、熱強(qiáng)度和理論方面的研究成果，但都屬于土體的靜力特性研究。雖然，由于凍土工程的發(fā)展，考慮低溫對(duì)土體動(dòng)力特性影響的研究取得了一些成果。但到目前為止，考慮高溫(10-10

2、0℃)對(duì)土體在振動(dòng)荷載作用下土動(dòng)力特性的研究很少。為此，本文針對(duì)寧波城市地下軌道交通建設(shè)場(chǎng)地的典型軟黏土，利用溫控動(dòng)三軸試驗(yàn)裝置，展開了不同溫度下土動(dòng)力特性試驗(yàn)及動(dòng)本構(gòu)模型的研究，主要內(nèi)容如下：
　　(1)為研究溫度對(duì)土動(dòng)力特性的影響，設(shè)計(jì)了內(nèi)外聯(lián)合加熱的溫控裝置，研制了溫控動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)10-100℃范圍內(nèi)試樣溫度的精確控制，并可線性調(diào)節(jié)、分級(jí)加溫。以寧波典型飽和淤泥質(zhì)軟黏土為例，初步開展了不同溫度(25℃、40℃

3、、55℃、70℃)下的土動(dòng)力特性試驗(yàn)，驗(yàn)證了試驗(yàn)系統(tǒng)的有效性和可靠性。結(jié)果表明：在不同溫度下，試樣的滯回圈形狀及發(fā)展規(guī)律與常規(guī)動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果一致；隨著溫度的升高，軟黏土的累積塑性應(yīng)變、動(dòng)阻尼比和動(dòng)孔壓減小，動(dòng)彈性模量增大，且各增量值均隨溫度上升而減小，反映了軟黏土的熱硬化特征；累積塑性應(yīng)變與溫度歸一化結(jié)果呈指數(shù)關(guān)系。
　　(2)利用該溫控動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，針對(duì)寧波軌道交通沿線的淤泥質(zhì)軟黏土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，開展了不同溫度、動(dòng)應(yīng)力幅值

4、、圍壓、初始靜偏應(yīng)力、振動(dòng)頻率及排水條件等振動(dòng)條件下的動(dòng)力特性試驗(yàn)，研究了上述影響因素對(duì)飽和軟黏土的累積塑性應(yīng)變、動(dòng)彈性模量、動(dòng)阻尼比和動(dòng)孔壓等動(dòng)力特性的影響，并對(duì)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了歸一化處理，討論了土體動(dòng)彈性模量、動(dòng)阻尼比、動(dòng)應(yīng)力比與累積塑性應(yīng)變的內(nèi)在關(guān)系。
　　(3)針對(duì)寧波鎮(zhèn)海區(qū)淤泥質(zhì)黏土，通過開展溫控動(dòng)三軸試驗(yàn)，研究了不同溫度作用下土的不排水累積變形、動(dòng)孔壓、動(dòng)阻尼比及動(dòng)彈性模量變化規(guī)律，建立了考慮溫度、初始靜

5、偏應(yīng)力、圍壓、超固結(jié)比等影響因素的土體應(yīng)變模型，并獲得了模型參數(shù)與溫度的關(guān)系。其次，循環(huán)荷載作用下飽和軟黏土將產(chǎn)生應(yīng)變軟化現(xiàn)象，通過試驗(yàn)研究了溫度、頻率、初始偏應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力和含水率對(duì)土體應(yīng)變軟化的影響，并在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立了一個(gè)能夠考慮溫度影響的應(yīng)變軟化模型。
　　(4)引入考慮溫度影響的邊界面模型，運(yùn)用ABAQUS有限元分析軟件中的THM單元和二次開發(fā)的UMAT子程序，對(duì)粉質(zhì)黏土的溫控動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果