冻土蠕变的光粘弹性模拟实验可行性研究

本从冻土蠕变参数的确定，光粘弹性实验材料的制作及平面问题求解的原理诸方面，进行了冻土蠕变的光粘弹性模拟实验可行性研究，结论是可以实现所要求的条件，进行模拟实验。     

冻土蠕变模拟实验的相似条件

从线性粘弹性理论出发,在满足Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ叠加原理的情况下,给出了模型实验应满足的一般相似条件,由此出发,进一步讨论了冻土蠕变模拟实验的相似条件,得出了由模型实验结果计算原型应力、应变及位移的公式。     

冻土的蠕变及蠕变强度

基于试验,本本讨论分析了冻土三轴蠕变规律及温度和围压对冻土蠕变强度的影响,给出了土蠕变及蠕变强度随时间降低的方程式,进而提出了冻土蠕变强度的物型屈服准则。通过改变参数可将冻土的瞬时强度准则与冻土的瞬时强度准则与冻土的蠕变强度准则统一为同一个方程描述。     

冻土蠕变的渐进屈服准则

基于冻土蠕变的现象分析表明,冻土蠕变的破坏是由于冻土中非弹性变形积累的结果,在冻土的任何变形阶段都存在着非弹性变形。非弹性变形的积累在一定条件下导致了冻土渐进屈服的出现,渐进屈服反过来又促进了冻土蠕变的进一步增加。     

高温冻土的蠕变特性试验及蠕变模型研究

为了研究高温冻土蠕变变形特征以及各影响因素对蠕变的作用, 分别在含水量15%、 25%及35%, 荷载100 kPa、 200 kPa及300 kPa, 温度-1.5 ℃、 -0.7 ℃及-0.3 ℃的条件下开展了室内单轴蠕变试验, 分析在无侧限条件下高温冻土在不同温度、 荷载及含冰量条件下的蠕变变形特性。结果表明： 在当前试验条件下, 冻土蠕变变形非常可观, 且蠕变曲线都没有出现渐进流阶段; 温度是影响冻土蠕变的最重要的外在因素, 而含冰量是影响冻土蠕变的关键内在因素; 在高含冰量条件下温度及荷载的改变对蠕变速率的影响非常显著, 甚至引起量级上的差别。在现有试验条件下, 高温冻土蠕变过程可利用Burgers黏弹性模型来较好地描述。     

岩石粘弹性非定常蠕变方程的参数辨识

近年来,由于力学试验手段和技术的迅速发展,岩石的流变试验的研究也取得了极大的进展。在此基础上,不少学者开始着手探索基于试验结果分析来建立非线性的粘弹性本构模型。作者在页岩蠕变试验数据的基础上,分析了岩石粘弹性变形随应力水平不同和时间发展的变化规律。从元件型本构方程出发验证引入非定常参数的必要性。建立了一维情况下非定常粘弹性模型的蠕变方程,通过理论计算结果与试验结果的对比,发现非定常粘弹性模型比定常粘弹性模型更为准确的反映了岩石的粘弹性变形性能。     

冻土单轴蠕变过程中结构变化的CT动态监测

ＣＴ为岩土材料非破坏的持续检测和内部结构的定量描述提供了可能,利用这一手段观测分析了冻土单轴蠕变过程中结构的变化情况,结果表明蠕变过程中结构缺陷的增生与扩展制约着土的结构的强化与弱化作用,控制着蠕变过程形态特征。易破坏区首先发生于样品的低密段,在软弱段的某一薄弱层面形成一环状低密带,然后向外扩展,最终导致整体结构的破坏。     

深厚冲积层人工冻土蠕变参数的模糊遗传反演

冻土的蠕变特性对深井冻结法施工至关重要。针对某矿区人工冻土在-5℃、-10℃、-15℃和-20℃下进行单轴抗压强度试验,发现冻土的抗压强度受冻结温度变化影响,两者间为线性反比例关系。通过小生境原理对传统的遗传算法作模糊随机改进,给出模糊遗传算法的步骤思路,进而运用该算法反演冻土蠕变模型中的参数值,获得各温度下的蠕变模型。试验结果表明：蠕变模型计算值在蠕变各阶段与试验值吻合较好,准确反映了冻土蠕变的整体规律。可见,模糊遗传算法能有效反演蠕变参数,较传统方法更符合工程实际。     

考虑温度影响的冻土蠕变本构模型

冰作为冻土的基本组成部分,对冻土蠕变的加速蠕变阶段有重要影响。温度通过影响冻土中冰的冻结与融化过程,及其黏塑性流动,引起冻土结构的强化与弱化,从而成为了决定冻土蠕变力学行为的关键因素之一。同时,外部应力也造成冻土的强化与弱化,影响着冻土的蠕变。通过引入硬化因子与损伤因子来考虑温度、应力造成的冻土材料强化与弱化。硬化因子H代表了蠕变过程中强化效应的大小,而损伤因子D则代表了由弱化效应造成的冻土材料相关参数的折减比例,进而提出了适用于冻土的改进西原蠕变本构模型。该模型预测值与试验数据的比较表明：改进的模型不仅能较好地描述初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段,而且相比于传统模型,能更好地描述冻土加速蠕变阶段,具有合理性与一定的实用性。     

地下工程中圆截面巷道应力的光粘弹性研究

利用光粘弹性实验方法模拟了地下工程中圆截面巷道围岩及冻结壁的蠕变过程,给出了巷道围岩和冻结壁的应力分布规律及随时间的变化规律,为地下工程的设计及预报提供了一种有效的实验手段。     

粘弹塑本构模型及用于冻土数值计算的柔度矩阵

随着寒区经济发展及冻结法施工技术在工程中的推广应用,对冻土蠕变的深入研究显得尤为重要.对冻土单轴流变试验结果分析,用非线性牛顿体替代线性牛顿体,从而对西原模型进行了改进,得到了冻土三向应力状态下的本构方程;并利用D-P屈服准则推导出应用与数值计算的柔度矩阵.通过有限元程序的二次开发,将本构模型添加到大型非线性程序ADINA中.用三轴蠕变试验检验了粘弹塑本构模型,获得相应的试验拟合曲线.结果表明:三轴蠕变试验与理论计算结果吻合良好,说明粘弹塑本构模型可以描述冻土在高应力下反映的非衰减性蠕变变形特征.     

冻土三轴蠕变特性试验研究及平面冻土墙厚度的确定

主要是对冻土的三轴蠕变特性进行分析研究,从而进一步确定具有明显流变特性的平面冻土墙的厚度。通过对冻土的流变特性进行理论分析,建立了冻黏土在复杂应力状态下的对数型蠕变方程。采用“低温箱-三轴压力室”轻型试验设备系统对人工配制的冻黏土试件进行了三轴蠕变试验,获得了冻黏土在复杂应力状态下的蠕变曲线。根据试验结果,对冻黏土的对数型非线性蠕变方程进行回归分析,得到了冻黏土对数型蠕变方程参数的数值。根据冻土流变理论和所建立的蠕变方程,以及平面冻土墙的厚度计算公式,利用Visualc++ 6.0和Matlab 6.0技术开发了冻土墙厚度计算的计算机应用软件。分析研究了平面冻土墙厚度与跨度、基坑暴露时间、基坑开挖深度的关系。平面冻土墙厚度随时间的延长在短期内具有急速增长的趋势,而后随时间的延长逐渐趋于稳定;平面冻土墙厚度受其跨度的影响较小,但随基坑开挖深度的加深具有逐步增长的趋势;温度对平面冻土墙厚度的影响显著,温度越高,厚度越大,所以,控制温度是平面冻土墙设计中的关键。从而为蠕变变形较大的平面冻土墙的厚度确定提供了依据。     

冻结黄土的拉伸蠕变特性

本以为依据揭示饱水冻结黄土拉伸蠕变过程的若干特点。拉伸蠕变同样具有两类三阶段性质,与压缩蠕变相比,拉伸非衰减蠕变的总变形小,第Ⅲ阶段变形的比例不大,历时短,不论土温高低最终均发生脆性破坏,根据应变速率－时间曲线特征提出拉伸蠕变方程,对第Ⅲ阶段变有较好的表述。     

岩土类材料松弛模量的确定

岩土材料,即,土、冻土、岩石以及混凝土具有明显的徐变和应力松弛现象。通过徐变试验可容易确定徐变柔量;而应力松弛试验难度很大,故难以通过试验确定其松弛模量,以致岩土材料的松弛模量一直没有合适方法来确定。作者直接根据岩土材料的徐变柔量,通过解析计算给出了其松弛模量的显式算式,并且给出了三个解析算例。     

冻土三轴蠕变过程中结构变化的CT动态监测

利用ＣＴ手段观测了分析冻土三轴压缩蠕变过程中结构的变化情况,结果表明,蠕变过程中围压的作用抑制了冻土体中裂隙的增长,加强了结构的强化作用,致使冻土在不稳定蠕变阶段和稳定蠕变阶段表现出结构强化占优势,随着非弹性变弄的进一步累积,如果结构强化仍然占优势,则变形具有衰减特征;如果弱化作用克服了围压效应占主导,则发展以破坏而告终的非衰减蠕变,破坏首先发生在样品低密段的薄弱区,在样品表面形成拉伸裂缝,然后向