重塑黄土三轴蠕变特性研究及模型分析

表 1 黄土的物理性质指标 Table 1 Indexes of physical properties of loess
不同粒径颗粒组成 /% 土颗相对 液限 wL 塑限 wP 塑性指数 按塑性 密度 Gs /% /% IP 图分类 >0.075 0.075~ <0.005 mm 0.005 mm mm 2.74 32.7 16.5 16.2 CL 0.88 69.86 29.26
第6期
0.6
王鹏程等：重塑黄土三轴蠕变特性研究及模型分析
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在每级荷载增量相同的情况下，应变增量随着 荷载等级的增加而增大，前 3 级等荷载增量所引起 的应变增量接近，而第 4 级荷载增量所引起的增量
ε/%
0.3 w=15%, p=100 kPa 荷载 50 kPa 100 kPa 150 kPa
3
试验结果分析
试验采用分级加载方式，利用 Boltzmann 叠加
3.1 重塑黄土的蠕变特性 原理对试验资料进行整理分析，绘制不同偏应力、 围压与含水率条件下的应变-时间曲线（图 1～3） 。
3.0 荷载 50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa
2
土样性质和蠕变试验方案
ε/%
3=150 kPa, w=15%
已经开展了大量的黄土室
内蠕变试验研究，从无围压的单向控制蠕变试验一 直发展到现今的可控围压大小的三轴蠕变试验。在 此基础上，通过理论分析与数理统计并参考 Mesri 蠕变模型和 Singh-Mitchell 蠕变模型，建立了大量 的黄土经验蠕变模型。然而各模型只能适用于某一 地区某一特定条件（如定含水率、定干密度等）下 的黄土，由此，笔者以陕西省咸阳市泾阳县某边坡
Abstract：A series of laboratory consolidated drained triaxial creep tests is performed with triaxial creep apparatus SR-6 to investigate the behaviors of the remolded loess from a loess slope of Jingyang in Shaanxi province. The tests focus on studying the creep characteristics of remolded loess with a 90% compaction degree under different water contents and confining pressures. Based on the experimental data, two different empirical models are developed. The results indicate that the loess in this area has obvious rheological properties, general showing a nonlinear attenuation creep. The creep behaviors of the loess are significantly influenced by confining pressure and water content. When the sample is under the conditions of smaller confining pressure and higher moisture, it exhibits notable creep companied by the bigger creep strain. A sudden increase in strain increment caused by equal load increment indicates that this level of load exeห้องสมุดไป่ตู้ted on sample has exceeded the yield stress value of soil, and soil sample will produce sticky plastic deformation. Both models can aptly describe creep properties of loess under the partial stress levels between 20% and 65% and also have fewer parameters and easier method of obtaining parameters. Keywords: remolded loess; triaxial creep test; creep characteristics; empirical creep model
摘 要： 采用 SR-6 型三轴蠕变仪对陕西省泾阳县某边坡重塑黄土进行了一系列室内三轴固结排水蠕变试验， 着重研究了 90% 压实度下重塑黄土在不同含水率与围压下的蠕变特性，并依据试验资料建立了两种经验蠕变模型。结果表明：该地区黄土具 有明显的流变特性，总体呈非线性衰减蠕变；围压与含水率均对蠕变特性有着显著的影响，土样在小围压、大含水率的条件 下蠕变现象明显且蠕应变较大；同等荷载增量引起的应变增量的突然放大，预示着该级荷载已经超过土体的屈服应力值，土 样产生黏塑性变形；两种模型的建立均能恰当地描述土体在 20% ~ 65%偏应力水平下的蠕变特性，且模型简单，参数易得。 关 键 词：重塑黄土；三轴蠕变试验；蠕变特性；经验蠕变模型 中图分类号：TU 411 文献标识码：A 文章编号：1000－7598 (2015) 06－1627－07
收稿日期：2014-01-10 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ No.51178392） 。 第一作者简介：王鹏程，男，1989 年生，硕士研究生，主要从事黄土流变特性方面的研究工作。 E-mail: wpc_no1@ 通讯作者：骆亚生，男，1967 年生，博士，教授，主要从事黄土力学与工程方面的生产与科研工作。E-mail: lyas1967@
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岩
土
力
学
2015 年
黄土为试验材料，开展了 90%压实度下重塑样的三 轴蠕变试验，着重分析了偏应力水平、围压、含水 率对黄土蠕变特性的影响，在分析试验数据的基础 上，构建了该地区重塑黄土应力-应变-时间经验模 型，以期更加完善和发展黄土蠕变理论，为蠕变所 引发的工程问题的解决奠定一定的理论基础，并且 可以利用该模型为一些实际工程 （如路基填方工程， 土石坝工程等） 的长期变形量计算提供一定的参考。
1
引
言
变特性的研究，查明影响其主要因素以及各因素之 间的耦合作用，并采取便捷有效的措施对这些不良 因素进行控制。 目前，许多学者[1
－10]
黄土地区自然和人工边坡的破坏与失稳、基坑 开挖临空面的缓慢侧向位移、地基以及路基的缓慢 竖向位移、土石坝的变形与失稳等工程问题会影响 建筑物的正常使用，甚至威胁到人类的生命与财产 安全，制约着黄土分布最为广泛的大西北地区的建 设和发展。此类工程问题的产生均建立在时间累积 效应的基础上，土体在外界条件（降雨、加卸荷、 干湿循环等）突变或者反复交替变化下，导致岩土 体发生蠕变破坏。因此，很有必要大力开展黄土蠕
第 36 卷第 6 期 2015 年 6 月
DOI： 10.16285/j.rsm.2015.06.014
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.36 No. 6 Jun. 2015
重塑黄土三轴蠕变特性研究及模型分析
王鹏程，骆亚生，胡连信，王书静
（西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100）
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2.1 土样性质 试验土样取自陕西省咸阳市泾阳县太平镇某边 坡，取土深度为 3～4 m，属 Q3 黄土，酒精燃烧法测 得其天然含水率为 17.1%， 天然干密度为 1.28 g/cm3， 由标准击实试验得出其最大干密度为 1.70 g/cm3， 最优含水率为 18.1%，其他物理指标见表 1。
Research on triaxial creep characteristics and models of remolded loess
WANG Peng-cheng，LUO Ya-sheng，HU Lian-xin，WANG Shu-jing
(College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China)
2.2 试验方案 蠕变试验采用固结排水方式， 仪器采用 SR-6 型 三联式三轴蠕变仪，试样尺寸为圆柱形61.8 mm× 125 mm。该仪器利用砝码施加法向应力，空压机提 供围压，采用固定在压力室上的百分表量测轴向位 移，加压砝码及百分表均经过国家计量认证。为了 抵消压力室内围压对轴向力传动轴的反压，试验时 应针对不同围压施加不同数量的平衡砝码，并且为 了保证试样与加载系统接触完好，试样加载等级是 按 12.5 kPa 预压稳定后，再进行逐级加载。当本级 荷载下试样变形稳定后（一般以 0.01 mm/d 为准） ， 施加下一级荷载。实验室内温度控制在（20±1）℃。 试样采用重塑样，根据工程需要，控制其干密 度为 1.53 g/cm3 （90%压实度） ， 含水率控制为 10%、 15%、20%、25%、30%共 5 个等级。先由自制压样 器制成 10%含水率的试样，然后采用水膜转移法调 整试样的含水率到其他目标含水率，并静置于保湿 缸中 48 h 以上，以便试样中水分扩散均匀。根据土 体在自然条件下初始应力状态以及结合土体在实际 工程中的应力状态，围压采用 50、100、150 kPa 3 个等级。利用三轴固结排水剪切试验预估土的破坏 应力值，以此将加载等级分为 50、100、150、200、 300 kPa 共 5 级。