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1、连云港海相软土流变特性试验研究 杨斐r 缪林昌2 ( 1 同济大学交通学院，上海2 0 0 0 9 2 ；2 。东南大学岩土工程研究所，南京2 1 0 0 9 6 ) 摘鬻：为了研究堆裁预压对高速公路软基流变特性的影响，进行了海相软 土三轴蠕突试验，并得到相应的蠕变经验模型。结果表明，预压能够有效减小海 相软土长期蠕变速率，提瀚软土地基流变破坏临界荷载。 关键谰：海柱软土蠕变蔟压缀验模型 软黏土体谯荷载作用下，其应力和应变与时间密切相关，称为土的流变性。连云港 歪徐州高速公路连云港段的软土地基属于典型的海相沉积软士，具有显著的流变特性。 为了研究该海栩软在预压荷载下的蠕变怒德，进行了室内多级固
2、结蠕变锑翁再船载试 验，搽讨堆载预篪这一常用地蒺处理方法处置下的连云港海裰软逢基变性规律。根据 试验结果，建立相关经验模型，评价连云港海相软土的流变特性，以期为实际工程建设提 供参考。 王三轴流变试验 1 1 试验条件 ( 1 ) 试验仪器：常撬三辘鬃变试验仪。 ( 2 ) 蠕变稳定的标准：菜级廒力水平下，软蠕变变形埘熊趋予稳定，也可能趋于流 动。对于前者，一般以2 4 小时内变形量小于0 0 0 1 m m 为稳定标准；对于后者，因时间限 制，观察时间取7 1 4 天。 ( 3 ) 试验方法：首先在国馋用下使原装土试样完成固结，将嚣结完成后测褥的各读数 僚为三辘蠕变试验酶初读数，然后采用增量
3、法艮j 分级施热垂黉镳应力巩一幽，观溺垂直及 体积变形随时间的变化，直到上述稳定标准为此。当变形稳定后，再施加下一级荷载。如 此反复，直至试样破坏。 * 联系太蓑余：秘筵，勇，簿臻突黛，主要获事鼹基疆覆王程研究。E m a i l ：y a n g f e i 3 0 1 1 6 3 + c o r n - - - 3 4 4 - - - - ( 4 ) 土样的选取：选用了9 个原装土样进行试验，土样的物理力学性质指标列于表1 。 表1 土样的物理力学性质指标 T a b 1 P h y s i c a la n dm e c h a n i c a li n d i c e so fs a
4、m p l e s 蔫颜色三瑟舅= 妻瑟孑。警鼍 ：l ，1 塑警数苁麓内多磐 1 2 试验结果分析 图1 和图2 是两个试样的三轴蠕变试验原始曲线。综合试验结果，对连云港地区海 相淤泥质软土的蠕变特征，分析如下： N o S S 6 ( 围压l O O k P a ) 。* 2 l2kPa-一53l k P a _ 8 5 k P a1 0 6 2 k P a 一1 2 74 k P a - - - o - - 8 5 k P a ( 卸载) 一1 2 7 4 k P a ( 再加载) 1 5 86 7 5 i 面再加载) 2 5 2 0 述1 5 1 0 5 0 5 0 0 0l0 0 0
5、 0l5 0 0 0 2 0 0 0 02 5 0 0 0 t m i n 图1土样N o S S 6 的三轴蠕变试验曲线 F i g 1 F l o wcurveso fs a m p l eN o S S 6 t m i n 图2 土样N o S S 7 的三轴蠕变试验曲线 F i g 2 F l o wcurveso fs a m p l eN o S S 7 ( 1 ) 即使在较低的应力水平下，土体变形随时间的增加也较明显，但达到稳定所需要 的时间较短，呈衰减蠕变状态，蠕变变性量较小且趋向于一稳定值；在中等应力水平下，试 样表现为稳定蠕变变形，应变与时间成线性关系，即蠕变速率趋于衡量；
6、在较高应力水平 下，试样变形急剧增加，蠕变曲线呈反S 型特征，表现为典型的三阶段特征，即不稳定蠕 - - 3 4 5 5 O O 6 0 3 M 坞 9 4 O 船 拍 U 7 8 7 诣 船 踞 弘 1 1 l O 5 O m 吕 m 的 鹃 1 1 1 1 8 9 饥 弛 褐灰灰黄青青 5 3 3 2 5 8 2 O O 2 5 8 筋 加 巧 m ；Q o 装寸 麓群 嚣龇幽蚴幽幽幽盆班涸遵镒湓隧匕础黝幽幽一 变、稳定蠕变和急剧流动阶段；随着应力水平的增加，稳定蠕变阶段持续的时间越来越短， 试样很快进入加速蠕变阶段，表现为典型的非衰减蠕变特征。 ( 2 ) 图3 为土样N o S S 7
7、 的三轴蠕变卸荷再加载试验曲线，横坐标采用时间对数坐 标。由图可见，将荷载卸除一级后( 从1 2 4 4 k P a 卸荷至9 2 5 k P a ) ，土样轴向出现了一定 量的瞬时回弹，且随着时间的增加，回弹量逐步增加但回弹速率在减小，回弹持续时间约 2 5 0 0 分钟，此后，土样轴向应变以较低的速率增加，呈稳定蠕变状态。再加载( 从 9 2 5 k P a 加荷至1 2 4 4 k P a ) 后，土样的瞬时应变及短期蠕变速率，与卸荷回弹时的瞬时回 弹应变及回弹速率相近。待进入稳定蠕变阶段，其稳定蠕变速率约为卸载前同应力水平 下的蠕变速率的1 0 。由此可知，预压对于控制软土长期沉降速率
8、具有一定的效果。 1 1 1 1 1 鋈1 0 9 u 1 0 8 1 0 7 1 01 0 0 t m i n 图3土样N o S S 7 三轴蠕变卸荷再加载试验曲线 F i g 3 F l o wcurveso fs a m p l eN o S S 7d u r i n gu n l o a d r e l o a dc o u r s e s ( 3 ) 如图1 所示，从土样N o S S 6 蠕变试验曲线可以发现，偏应力为1 0 6 2 k P a 时的蠕 变曲线具有显著的三阶段曲线特征，观测后期逐渐开始过渡为急剧流动阶段，经继续加 荷、卸荷及再加荷后，在偏应力为1 2 7 4 k
9、P a 时，从已有观测数据判断，在较长时间内保持 为稳定蠕变状态。由此表明，在实际工程中，预压能够提高软土地基流变破坏临界应力， 有利于提高地基的承载力和变形稳定性。 2 经验模型关系的建立 根据蠕变试验结果，建立连云港海相软土的蠕变经验模型，用以分析其相关工程性 状。通常认为，软土的蠕变过程一般不遵守弹塑性体的规律，故采用积分型的本构方程来 描述应力、应变与时间的关系是比较合适的。 ( ) 一仃( ) + l 愚( 一r ) 盯( r ) d r l E ( 1 ) L J0 J 对于第i 级荷载，盯( ) 一巩 e ( ) 一仉J1 + Ik ( ) d rl E ( 2 ) J0 式中，
10、k ( ) 一三学，称为蠕变函数。 口1 d f 根据前述蠕变试验结果： ( 1 ) 稳定蠕变阶段 一3 4 6 愚( ) = 2 A t l 1 a i ( 0 ：A ：1 )( 3 ) ( 2 ) 亚稳定蠕变阶段 志( ) 一( A A t 3 1 + B ) o ， ( 0 ：A 0 时，A o 一0 。 式( 5 ) 即为连云港海相软土蠕变特性经验方程的一般表达式。 方程中的参数A ，B ，A 与土性以及土体所承受的应力水平有关。根据室内实验结果， 采用最小二乘法拟合，得到拟合曲线。图4 所示为其中的两条拟合曲线与实测值的对比。 部分试验曲线的拟合参数列于表2 。 表2 T a b 2
11、 图4 蠕变经验模型拟合朗j 。， F i g 4F i t t i n gcurveso fe m p i r i c a lc o n s t i t u t i v em o d e l 蠕变经验模型参数拟合值 P a r a m e t e r so fe m p i r i c a lc o n s t i t u t i v em o d e l - - - 3 4 7 - 慧 龇戳幽滥一 由拟合参数可以看出： ( 1 ) 在各级偏应力作用下，所确定的参数各不相同，在较低应力水平下，蠕变指数A 的 取值大致处于同一个数量级，表明各曲线反映的蠕变特性相似，即具有相似的蠕变走势， 应变
12、速率的下降幅度也基本相似；随着应力水平的增加，A 值逐渐增加。 ( 2 ) 卸荷再加载后，同一应力水平下的蠕变指数A 的取值较卸荷前降低了一个数量 级，表明在一定的应力水平范围内，预压对蠕变应变速率存在显著的影响。 3结论 通过对连云港海相软土进行一系列三轴蠕变试验研究，得到以下结论： ( 1 ) 连云港海相软土具有显著的流变特性。在不同的应力水平下，蠕变分别表现为衰 减蠕变和非衰减蠕变特征。 ( 2 ) 卸荷再加载试验表明，经过预压卸载后，同级荷载下，软土在稳定蠕变阶段的稳定 蠕变速率较未预压卸荷时同应力水平下的蠕变速率有显著降低；经过预压卸载后，能够延 缓加速蠕变阶段的出现。 ( 3 )
13、连云港海相软土蠕变具有相似的规律，可用经验方程e ( f ) 一A 。+ A t l + B t 描述， 其参数可由蠕变试验曲线拟合得到，参数的取值与土性、应力水平有关。卸荷再加载后， 同一应力水平下的蠕变指数A 的取值较卸荷前降低了一个数量级，表明在一定的应力水 平范围内，预压对蠕变应变速率存在显著的影响。 参考文献 - 1 7 黄文熙土的工程性质E M 北京：水利电力出版社，1 9 8 3 2 C C V y a l o v 著，杜余根译土力学的流变原理 M 北京：科学技术出版社，1 9 8 6 3 孙钧，汪炳鉴岩土材料流变及其工程应用 M 北京：中国建筑工业出版社，1 9 9 9 T e
14、 s t so nR h e o l o g i c a lB e h a v i o ro fL i a n y u n g a n g M a r i n eD e p o s i tS o f tC l a y s F e iY a n gH 。L i n c h a n gM i a 0 2 ( 1 S c h o o lo fT r a n s p o r t a t i o n ，T o n g j iU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 0 0 9 2 ，P R C h i n a ； 2 I n s t i t u t eo fG e
15、o t e c h n i c a lE n g i n e e r i n g ，S o u t h e a s tU n i v e r s i t y ，N a n j i n g2 1 0 0 9 6 ，P R C h i n a ) A b s t r a c t ：I no r d e rt os t u d yt h ei n f l u e n c e so fp r e l o a d i n go nt h er h e o l o g i c a lb e h a v i o r so f 3 4 8 - - L i a n y u n g a n gm a r i n
16、ed e p o s i ts o f tc l a y si ne x p r e s s w a ye m b a n k m e n t sp r o j e c t s ，as e r i e so f t r i a x i a lr h e o l o g i c a lt e s t sa r ec o m p l e t e d A c c o r d i n g l yt h ee m p i r i c a lc o n s t i t u t i v em o d e lh a s b e e np r e s e n t e db a s e do nt h et e s tr e s u l t s T
