滨海软土蠕变规律的探讨

滨海软土蠕变规律的探讨

1土体模型理论和非线性重塑性沿海地区的大多数项目建筑都建在沿海地区的脆弱层上。软土主要是指海岸上相互交织的土壤和土壤的粘土。由于其成因、物质组成和结构的特殊性能，它表现出高度收缩、低强度等力学特性。研究证明，滨海软土不仅具有上述力学特性，还具有明显的流变性，并且越来越受到工程界的关注。滨海软土的应力-应变关系不只与时间有关，还与当时所受的应力水平有关，其流变性呈非线性特征。对于土体的弹塑性变形行为，已经有比较成熟的模型和理论描述之；而研究反映剪切流变特性的粘弹塑性行为的模型和理论则相对较少。目前，描述岩土体蠕变特性大致采用两种途径：一是采用模型理论，即采用基本元件来表征土体的某些力学性质，例如，用“弹簧”模拟土体的弹性，用“粘壶”模拟土体的粘滞性，用“滑块”模拟土体的塑性，通过这些元件的不同组合来反映土体的粘弹塑性特性。模型的概念直观、物理意义相对明确，但多元件的组合，本构方程相对复杂，参数增多，给应用带来不便。实际模型理论往往只能描述岩土体线性蠕变规律，对于具有非线性蠕变特征的滨海软土，模型理论的方法就显得适应性较差。二是采用经验理论，即根据土体的试验结果而抽象的应力-应变-时间关系，对于不同的土、不同的试验条件，可有各不相同的经验公式。本文根据已有的研究成果，选择我国不同地区的3种滨海软土对其剪切蠕变规律进行了研究，试图寻求一种合理描述滨海软土的应力-应变-时间关系的模型。2软土壤侵蚀试验的结果2.1基本物理力学指标采用3种不同地区的滨海相沉积的淤泥质粉质粘土在不同固结压力下进行了三轴剪切蠕变试验。3种软土的基本物理力学指标见表1。图1(a)，图2(a)，图3(a)分别为3种软土的实验室不同应力偏差的蠕变曲线。由图可见，轴向应变与时间的关系在lnε-lnt坐标系中呈现良好的线性关系，并且在不同应力偏差下的lnε-lnt关系几乎是相互平行的直线；当应力偏差较小和较大时，这种特性稍差。2.2滨海软土的模型线图1(b)，图2(b)，图3(b)分别为3种软土不同固结压力下的应力-应变曲线(对应于图1(a)，图2(a)，图3(a))。由图可见，应力-应变等时曲线不是直线，而是一簇相似的曲线。由此说明，滨海软土的蠕变性具有非线性的特征。图4为对这些等时曲线的归一化处理，表明应力-应变等时曲线可以用一双曲线函数来描述。3应力-应变-时间关系在表征土体蠕变特征的经验模型中，最典型的是Singh-Mitchell经验公式，即式中：ε&为应变率；Sl为剪应力水平；t1为参考时间；A，α和m均为常量参数。对于m≠1的情况，对式(1)积分可得由式(2)可见，当时间t为常数时，应力-应变关系为指数型。根据上述滨海软土试验结果，用双曲线型函数来描述应力-应变关系更为适合(图5)。Mersi等也曾建议将双曲线型代替指数型。对于上述滨海软土的应力-应变-时间关系，将式(2)改为对t=，有对于ε0=0，式(4)可写成试验资料表明，式(6)可以描述滨海软土的蠕变行为。上述应力-应变-时间关系中，只有C,b和n3个参数。C,b反映土的物质组成、结构特征以及应力历史对变形与强度的影响；n则反映应变速率的大小。由式(6)可见，参数C和b可从t=1t时的(σε/S)-ε直线关系图中得到；参数n则可根据蠕变曲线得到，它是双对数坐标中的直线的斜率。上述3种软土在不同应力差下的n值列于表2。4模型的n值选取3种滨海软土蠕变模型参数C和b可从图6中得到。n取蠕变曲线在双对数坐标中直线的斜率，不同应力差，其直线的斜率相似，取其平均值作为模型中的n值。这样，可得到3种滨海软土的蠕变模型，分别为5滨海相软土的动态平均系统模型滨海相沉积的软土具有非线性蠕变的特性，将Singh-Mitchell蠕变模型中的应力-应变关系修正为双曲线型是合适的，文中建议的蠕变模型可用来描述滨海相软土的蠕变行为。上述模型只有3个参数，并且容易确定，既简单又实用。以上成果对滨海软土蠕变规律的研究是初步的，有待对其他地区更多的