土流变学(朱俊高).ppt

土壤流变性，河海大学岩土工程研究所朱俊高，第1节概述，流变性是指材料的特性，状态随时间变化；1，从流变性的概念、应力、应变角度或力学的角度来看，土壤包含三个特性：非线性：应力和应变关系的非线性。随时间变化的非线性；应力随时间的非线性弹性和塑性：用经典弹塑性理论描述的流变性：时间效应。主要有四种现象(主要表现为):蠕变、应力松弛、长期强度、应变效果、第1节通过这些现象研究土壤的流变性，以及土壤流变性引起的现象“蠕变：恒定应力下变形随时间发生的现象”。应力松弛：在特定应力状态下保持土壤变形不变并随时间减少应力的过程；应变(负载速度)效果：负载速度不同时，土壤表示不同的应力、应变关系和强度性质。长期强度：土壤剪切强度随时间减少。也就是说，长期强度小于相对瞬时强度。第1节概述，图1土壤剪切蠕变曲线，图2土壤体积蠕变(二次固结)曲线，第1节概述，图4土壤的应力松弛曲线，图3(a)土壤的蠕变曲线和(b)长期强度曲线，第1节概述，(a)，以及蠕变是指材料随时间的变化而增加。流变性包括蠕变，流变化一般，范围更广。流变-流变-蠕变-蠕变土的流变性引起了很多工程问题，许多工程因土流变性而坠落。也就是说，粘土地基上挡土墙的位移、边坡稳定性、桥台共同变形的情况下，码头、建筑物地基、比萨斜塔、龙滩黏土是典型的流变性强土。一般认为软粘土流变性强，沙土流变性弱。第1节概述，图4瑞士土壤蠕变引起的桥台位移(虚线表示)，图5？-嗯？区域蠕变引起的工厂挡土墙位移，第1节概述，fig.1.1 towerofpisa (Italy)，(a)sectionoftowerandgeologicalstructureofbaseoffsfoundation；(b)variation offsettlement(cm)andm assm(tons)ofthetowerwithout；(c)环形地基；(d)pressureediagramsatfoundationbase；(e) pressurediagramatdephof 8m。(aftermeschyan 1995)，1350年，高55m，基础压力497kPa开始，2.1m，1995年，沉降1.5m，倾斜5.58m，沉降速度2mm/年，第一节概述，流变性的基本流变性：研究宏观过程，也研究微观过程，即重视研究现象的物理实体。第一节概述，宏观流变性：研究实际物体流变性过程的外部表现，即用一般测量设备观察到的现象(如变形、应力等)。它不研究物体的组成和结果特性，而是将物体连续均匀地看。外力作用下物体的表现和物体特性之间的关系是基于现象学的观点。这种观点不考虑物体产生的物理过程，而是在宏观实验的基础上，确立在这些过程之外表达的数学说明。微观流变学：关于物体的组成和结构特性，以及物体单位粒子之间相互关系等的研究。研究微观过程。土壤流变特性研究应用于两个方面。1.剪切蠕变：包括长期强度；边坡，挡土墙位移，稳定性2。体积蠕变：建筑物沉降、第1节概述、土壤流变性研究内容包括以下四个方面，具体，2、土壤流变性主要研究重点，(1)流变试验研究：通过实验说明土壤流变性规律。(2)流变本构模型的建立：探讨用什么本构方程来说明土壤的应力、应变和时间之间的关系，需要本构方程准确地反映土壤的流变特性，考虑实际工程应用的可行性。第1节概述，(3)构造方程的解析：包括方程的解析解和数值解。海法中给人印象最深的是日本学者樱；数值解法主要是有限元法。还有边界元法、无限元法和它们的结合、有限差分法等。(4)选择工程问题的适用适当的配置模型和分析方法，解决项目中出现的各种问题，如建筑物的变形和长期沉降、边坡和护岸项目的变形、隧道和隧道的变形等。第一节说明地壳变动以独立学开始于20年代：根据1922年宾汉姆流动和塑性名名作出版和他的构想，1928年变光协会的创立标志着流罗吉被称为独立学。土壤流变学：一般认为始于1953年的第三届国际土壤力学和基础工程会议；3，流变性历史，第一节概述，20世纪70年代以前出现了很多部件流变性模型；这些模型由理想元件的组合构成。例如，Chen zongji型号(1957)、Merchant型号(1940)、Keedwell型号(1972)、Folque型号(1961)和Mexwell型号(19)在此期间，实验研究也很多。自20世纪70年代以来，随着弹塑性理论的发展，开发了以Perzyna为代表的土壤弹性粘弹性模型(ElasticViscoPlasticmodel)。Perzyna (1963)、adachiandoka(1982)、dafalias (1982)、kaona (1984)和balandrohanni (1984)牛顿液体：土壤的粘度：各种介质的粘度值变化范围很大。空气：1.810-4系泊数：10-2系泊各种油：0.5-10系泊地壳：51022系泊地球：106-1017系泊冰：1010-1015系泊以上粘性液体(牛顿液体):Bc .粘性流动变形是不可逆转的。第二节粘度，第一，粘度，土壤粘度测量方法：可用于蠕变试验的设备可用于测量土壤粘度；土壤的应力和流动速度之间的关系是非线性的。因此，黏度不是常数，而是与负载的大小、时间有关。粘度的变化是数千倍，工艺的开始，粘度109 1010系泊；终场1013 1014锚地。体积粘度：压缩粘度、剪切粘度和体积粘度关系：双节粘度，2，土壤粘度测量，双节粘性，土壤是机械性能非常复杂的材料，必须被视为非线性弹塑性，粘性介质。弹性：表示土壤中有可恢复的变形。塑料：在不可逆变形的发展中；粘度：表明变形随时间发展。应力变形时间之间的非线性；III、土壤的弹塑性粘度特性、第2节土壤的蠕变、衰减蠕变过程和未衰减蠕变过程假设b:r=r0r(t)假设b: r=r (t) I:初始蠕变阶段Ii:稳定蠕变阶段IIi对于未衰减的徐变，其徐变的三个阶段也很明确(大多数情况下)。与各种r-t曲线对应的第2节土壤的蠕变称为蠕变曲线。或者，与各种t相对应的曲线称为等时曲线或图8，2节土壤的蠕变，但没有加速蠕变阶段，恒定蠕变阶段持续时间长的情况也经常发生。因此，一些人对是否存在加速蠕变表示怀疑，测试中出现的加速蠕变被认为有测试条件，例如试件的工作截面减少、应力集中等。有人认为加速蠕变存在，并由自己的特性决定，而不是由测试条件决定。(苏)比罗夫认为土壤在蠕变过程中既有硬化又有软化过程。也就是说，在蠕变过程中，粒子之间的链接在一侧被破坏，在另一侧重新恢复。如果一侧占优势，则蠕变指示衰减或加速度。实验表明，压缩粘土蠕变的脆性破坏，破坏前没有明显的稳定蠕变阶段。研究结果表明，颗粒间的结构连接对土壤的蠕变特性有很大影响。基于水-塑料连杆的(冷凝结构)塑性土具有典型蠕变曲线的所有变形阶段，长期强度仅为短期强度的40%到70%。在第二节土壤的蠕变、混合、凝结和结晶连接的致密黏土中，衰减变形阶段占优势，长期强度占短期强度的7080%，大部分从衰减(初始蠕变)直接转化到加速蠕变，没有稳定的蠕变阶段。第二节土壤蠕变，粘土颗粒周围有水膜。这种水膜具有明显的粘度特性，以使土壤呈现蠕变特性。但是在干燥的土壤中，也出现了抵抗粒子位移的粘性强度。实验结果(右等):干粘土粉和湿后，粘土粉样品呈现蠕变特性。图11空气干燥粘土无侧胀压缩蠕变曲线1-空气干燥状态；2-浸湿后，第二，土壤骨骼的蠕变，类似的三轴测试也证明了这一点。此外，可以同时使用干燥和湿土壤样品的蠕变，表明干燥和湿状态下相同土壤的参数n相同。第2节土壤蠕变，第2节土壤蠕变，砂蠕变一般遵循对数律。(如图12所示)图12中的细沙没有横向膨胀的压缩蠕变曲线、图13中的固定子粘土()的拉伸(1)和压缩(2)流变曲线、压缩和拉伸条件下土壤的蠕变与图13中的固定子粘土的单轴压缩和拉伸蠕变试验不同。双节土的蠕变、压缩和拉伸均可描述为在3轴压缩和伸长条件下进行蠕变试验的同一方程。第二节土壤的蠕变，(水)c.c. viarf等对一种高岭土进行了蠕变试验，在显微镜下观察了不同变形阶段土壤样品的微观结构变化。土样：高岭土=38 40% l=58% p=38%蠕变测试：使用中空圆柱土样应用各种恒定剪切载荷，从瞬时破坏到仅产生阻尼变形的载荷。第三，蠕变过程中土壤的微观结构变化，第二节土壤的蠕变，定义：表达式：SD-切片中结构缺陷的基础区域s0-切片中基于平行剪切方向的粒子的总截面面积，垂直于面积s-剪切方向。使用结构损伤程度和方向两个指标定量描述了微观结构。2节土壤蠕变，研究结果：原始结构：由60 70%定向粒子组成的群体粒子；30 40%全向粒子损伤程度 0=22 25%衰减蠕变：测试开始两天后，损伤程度 0=25% 22%，6天后降低到20%。没有方向欧米茄的变化，结构缺陷的减少主要在急剧变形增长初期。第2节土壤的蠕变，未衰减蠕变：结构特征急剧变化，损伤和/或方向变化大的快速破坏情况：没有结构重定向t=0.03小时内破坏， 24.1 36.8%，第2节土壤的蠕变，长变形过程：不稳定的蠕变阶段稳定的蠕变阶段：结构变化明显，粒子方向明显，缺陷愈合，出现新的结构破坏。加速蠕变阶段：颗粒方向明显，微裂纹强烈发展，与主干裂纹合并形成破坏。蠕变方程，恒定应力下随时间变化的剪切变形方程-蠕变方程。如果不考虑瞬时变形：m=0.2到1，t-单位时间，(a)，力函数关系，截面2土壤的蠕变，Singh-Mitchell表达式：表达式中的a，m是参数，应力级别、第一、力函数关系、第二节土壤的蠕变、Mesri方程式：表示式中的：m表示参数、RF-破坏比、-应力层级、eu-初始剪切系数。幂函数形式的蠕变方程：从软土到坚硬的土壤，甚至岩石，简单、实用、应用前景强。，2节土壤的蠕变，如果不考虑瞬时变形：2，代数关系，2节土壤的蠕变，3，分数-线性关系(双曲关系)，2节土壤的蠕变，drainedcreeptstdata，tiam et al .(1)松弛开始时，样品的应变速率越大，Q3/Q0越小。(2) q/Q0与松弛开始时的应力水平有关。前面介绍的两个经验公式不反映应力松弛的大小与开始松弛时样品的变形速度相关的特性。实际上，更好的弹性粘弹性模型也不会反映此特性。第3节土壤的流变测试，(4)测试数据应力松弛阶段，无排水测试，典型的伴随气压量上升：(1)undercompressionstatesteporewaterpressdevelopedintheprocessofrelaxx(2) undersionstates、theporewaterpressurecontinuouslyincreases、andtheincreasonesofporewaterpressurearemuchlarger wiindtheincreasonesofporewaterpressurearemuchlarger(1)考试时间短；(2)像蠕变试验一样，不会发生加速蠕变损伤，破坏阶段应力变形不稳定，难以准确测量和说明。松弛试验最终趋于稳定。但是，应力松弛试验数据、三节土壤的流变试验(a)、概念(相对)瞬时强度：材料具有快速载荷，没有合适的分析，测量的强度称为瞬时强度。具有蠕变特性的材料，例如将小于相对瞬时强度的载荷应用