土壤流變性，河海大學巖土工程研究所朱俊高，第1節概述，流變性是指材料的特性，狀態隨時間變化；1，從流變性的概念、應力、應變角度或力學的角度來看，土壤包含三個特性：非線性：應力和應變關系的非線性。隨時間變化的非線性；應力隨時間的非線性彈性和塑性：用經典彈塑性理論描述的流變性：時間效應。主要有四種現象(主要表現為):蠕變、應力松弛、長期強度、應變效果、第1節通過這些現象研究土壤的流變性，以及土壤流變性引起的現象“蠕變：恒定應力下變形隨時間發生的現象”。應力松弛：在特定應力狀態下保持土壤變形不變并隨時間減少應力的過程；應變(負載速度)效果：負載速度不同時，土壤表示不同的應力、應變關系和強度性質。長期強度：土壤剪切強度隨時間減少。也就是說，長期強度小于相對瞬時強度。第1節概述，圖1土壤剪切蠕變曲線，圖2土壤體積蠕變(二次固結)曲線，第1節概述，圖4土壤的應力松弛曲線，圖3(a)土壤的蠕變曲線和(b)長期強度曲線，第1節概述，(a)，以及蠕變是指材料隨時間的變化而增加。流變性包括蠕變，流變化一般，范圍更廣。流變-流變-蠕變-蠕變土的流變性引起了很多工程問題，許多工程因土流變性而墜落。也就是說，粘土地基上擋土墻的位移、邊坡穩定性、橋臺共同變形的情況下，碼頭、建筑物地基、比薩斜塔、龍灘黏土是典型的流變性強土。一般認為軟粘土流變性強，沙土流變性弱。第1節概述，圖4瑞士土壤蠕變引起的橋臺位移(虛線表示)，圖5？-嗯？區域蠕變引起的工廠擋土墻位移，第1節概述，fig.1.1 towerofpisa (Italy)，(a)sectionoftowerandgeologicalstructureofbaseoffsfoundation；(b)variation offsettlement(cm)andm assm(tons)ofthetowerwithout；(c)環形地基；(d)pressureediagramsatfoundationbase；(e) pressurediagramatdephof 8m。(aftermeschyan 1995)，1350年，高55m，基礎壓力497kPa開始，2.1m，1995年，沉降1.5m，傾斜5.58m，沉降速度2mm/年，第一節概述，流變性的基本流變性：研究宏觀過程，也研究微觀過程，即重視研究現象的物理實體。第一節概述，宏觀流變性：研究實際物體流變性過程的外部表現，即用一般測量設備觀察到的現象(如變形、應力等)。它不研究物體的組成和結果特性，而是將物體連續均勻地看。外力作用下物體的表現和物體特性之間的關系是基于現象學的觀點。這種觀點不考慮物體產生的物理過程，而是在宏觀實驗的基礎上，確立在這些過程之外表達的數學說明。微觀流變學：關于物體的組成和結構特性，以及物體單位粒子之間相互關系等的研究。研究微觀過程。土壤流變特性研究應用于兩個方面。1.剪切蠕變：包括長期強度；邊坡，擋土墻位移，穩定性2。體積蠕變：建筑物沉降、第1節概述、土壤流變性研究內容包括以下四個方面，具體，2、土壤流變性主要研究重點，(1)流變試驗研究：通過實驗說明土壤流變性規律。(2)流變本構模型的建立：探討用什么本構方程來說明土壤的應力、應變和時間之間的關系，需要本構方程準確地反映土壤的流變特性，考慮實際工程應用的可行性。第1節概述，(3)構造方程的解析：包括方程的解析解和數值解。海法中給人印象最深的是日本學者櫻；數值解法主要是有限元法。還有邊界元法、無限元法和它們的結合、有限差分法等。(4)選擇工程問題的適用適當的配置模型和分析方法，解決項目中出現的各種問題，如建筑物的變形和長期沉降、邊坡和護岸項目的變形、隧道和隧道的變形等。第一節說明地殼變動以獨立學開始于20年代：根據1922年賓漢姆流動和塑性名名作出版和他的構想，1928年變光協會的創立標志著流羅吉被稱為獨立學。土壤流變學：一般認為始于1953年的第三屆國際土壤力學和基礎工程會議；3，流變性歷史，第一節概述，20世紀70年代以前出現了很多部件流變性模型；這些模型由理想元件的組合構成。例如，Chen zongji型號(1957)、Merchant型號(1940)、Keedwell型號(1972)、Folque型號(1961)和Mexwell型號(19)在此期間，實驗研究也很多。自20世紀70年代以來，隨著彈塑性理論的發展，開發了以Perzyna為代表的土壤彈性粘彈性模型(ElasticViscoPlasticmodel)。Perzyna (1963)、adachiandoka(1982)、dafalias (1982)、kaona (1984)和balandrohanni (1984)牛頓液體：土壤的粘度：各種介質的粘度值變化范圍很大。空氣：1.810-4系泊數：10-2系泊各種油：0.5-10系泊地殼：51022系泊地球：106-1017系泊冰：1010-1015系泊以上粘性液體(牛頓液體):Bc .粘性流動變形是不可逆轉的。第二節粘度，第一，粘度，土壤粘度測量方法：可用于蠕變試驗的設備可用于測量土壤粘度；土壤的應力和流動速度之間的關系是非線性的。因此，黏度不是常數，而是與負載的大小、時間有關。粘度的變化是數千倍，工藝的開始，粘度109 1010系泊；終場1013 1014錨地。體積粘度：壓縮粘度、剪切粘度和體積粘度關系：雙節粘度，2，土壤粘度測量，雙節粘性，土壤是機械性能非常復雜的材料，必須被視為非線性彈塑性，粘性介質。彈性：表示土壤中有可恢復的變形。塑料：在不可逆變形的發展中；粘度：表明變形隨時間發展。應力變形時間之間的非線性；III、土壤的彈塑性粘度特性、第2節土壤的蠕變、衰減蠕變過程和未衰減蠕變過程假設b:r=r0r(t)假設b: r=r (t) I:初始蠕變階段Ii:穩定蠕變階段IIi對于未衰減的徐變，其徐變的三個階段也很明確(大多數情況下)。與各種r-t曲線對應的第2節土壤的蠕變稱為蠕變曲線。或者，與各種t相對應的曲線稱為等時曲線或圖8，2節土壤的蠕變，但沒有加速蠕變階段，恒定蠕變階段持續時間長的情況也經常發生。因此，一些人對是否存在加速蠕變表示懷疑，測試中出現的加速蠕變被認為有測試條件，例如試件的工作截面減少、應力集中等。有人認為加速蠕變存在，并由自己的特性決定，而不是由測試條件決定。(蘇)比羅夫認為土壤在蠕變過程中既有硬化又有軟化過程。也就是說，在蠕變過程中，粒子之間的鏈接在一側被破壞，在另一側重新恢復。如果一側占優勢，則蠕變指示衰減或加速度。實驗表明，壓縮粘土蠕變的脆性破壞，破壞前沒有明顯的穩定蠕變階段。研究結果表明，顆粒間的結構連接對土壤的蠕變特性有很大影響。基于水-塑料連桿的(冷凝結構)塑性土具有典型蠕變曲線的所有變形階段，長期強度僅為短期強度的40%到70%。在第二節土壤的蠕變、混合、凝結和結晶連接的致密黏土中，衰減變形階段占優勢，長期強度占短期強度的7080%，大部分從衰減(初始蠕變)直接轉化到加速蠕變，沒有穩定的蠕變階段。第二節土壤蠕變，粘土顆粒周圍有水膜。這種水膜具有明顯的粘度特性，以使土壤呈現蠕變特性。但是在干燥的土壤中，也出現了抵抗粒子位移的粘性強度。實驗結果(右等):干粘土粉和濕后，粘土粉樣品呈現蠕變特性。圖11空氣干燥粘土無側脹壓縮蠕變曲線1-空氣干燥狀態；2-浸濕后，第二，土壤骨骼的蠕變，類似的三軸測試也證明了這一點。此外，可以同時使用干燥和濕土壤樣品的蠕變，表明干燥和濕狀態下相同土壤的參數n相同。第2節土壤蠕變，第2節土壤蠕變，砂蠕變一般遵循對數律。(如圖12所示)圖12中的細沙沒有橫向膨脹的壓縮蠕變曲線、圖13中的固定子粘土()的拉伸(1)和壓縮(2)流變曲線、壓縮和拉伸條件下土壤的蠕變與圖13中的固定子粘土的單軸壓縮和拉伸蠕變試驗不同。雙節土的蠕變、壓縮和拉伸均可描述為在3軸壓縮和伸長條件下進行蠕變試驗的同一方程。第二節土壤的蠕變，(水)c.c. viarf等對一種高嶺土進行了蠕變試驗，在顯微鏡下觀察了不同變形階段土壤樣品的微觀結構變化。土樣：高嶺土=38 40% l=58% p=38%蠕變測試：使用中空圓柱土樣應用各種恒定剪切載荷，從瞬時破壞到僅產生阻尼變形的載荷。第三，蠕變過程中土壤的微觀結構變化，第二節土壤的蠕變，定義：表達式：SD-切片中結構缺陷的基礎區域s0-切片中基于平行剪切方向的粒子的總截面面積，垂直于面積s-剪切方向。使用結構損傷程度和方向兩個指標定量描述了微觀結構。2節土壤蠕變，研究結果：原始結構：由60 70%定向粒子組成的群體粒子；30 40%全向粒子損傷程度 0=22 25%衰減蠕變：測試開始兩天后，損傷程度 0=25% 22%，6天后降低到20%。沒有方向歐米茄的變化，結構缺陷的減少主要在急劇變形增長初期。第2節土壤的蠕變，未衰減蠕變：結構特征急劇變化，損傷和/或方向變化大的快速破壞情況：沒有結構重定向t=0.03小時內破壞， 24.1 36.8%，第2節土壤的蠕變，長變形過程：不穩定的蠕變階段穩定的蠕變階段：結構變化明顯，粒子方向明顯，缺陷愈合，出現新的結構破壞。加速蠕變階段：顆粒方向明顯，微裂紋強烈發展，與主干裂紋合并形成破壞。蠕變方程，恒定應力下隨時間變化的剪切變形方程-蠕變方程。如果不考慮瞬時變形：m=0.2到1，t-單位時間，(a)，力函數關系，截面2土壤的蠕變，Singh-Mitchell表達式：表達式中的a，m是參數，應力級別、第一、力函數關系、第二節土壤的蠕變、Mesri方程式：表示式中的：m表示參數、RF-破壞比、-應力層級、eu-初始剪切系數。冪函數形式的蠕變方程：從軟土到堅硬的土壤，甚至巖石，簡單、實用、應用前景強。，2節土壤的蠕變，如果不考慮瞬時變形：2，代數關系，2節土壤的蠕變，3，分數-線性關系(雙曲關系)，2節土壤的蠕變，drainedcreeptstdata，tiam et al .(1)松弛開始時，樣品的應變速率越大，Q3/Q0越小。(2) q/Q0與松弛開始時的應力水平有關。前面介紹的兩個經驗公式不反映應力松弛的大小與開始松弛時樣品的變形速度相關的特性。實際上，更好的彈性粘彈性模型也不會反映此特性。第3節土壤的流變測試，(4)測試數據應力松弛階段，無排水測試，典型的伴隨氣壓量上升：(1)undercompressionstatesteporewaterpressdevelopedintheprocessofrelaxx(2) undersionstates、theporewaterpressurecontinuouslyincreases、andtheincreasonesofporewaterpressurearemuchlarger wiindtheincreasonesofporewaterpressurearemuchlarger(1)考試時間短；(2)像蠕變試驗一樣，不會發生加速蠕變損傷，破壞階段應力變形不穩定，難以準確測量和說明。松弛試驗最終趨于穩定。但是，應力松弛試驗數據、三節土壤的流變試驗(a)、概念(相對)瞬時強度：材料具有快速載荷，沒有合適的分析，測量的強度稱為瞬時強度。具有蠕變特性的材料，例如將小于相對瞬時強度的載荷應用