冻结粉土的动强度特性及其破坏准则_沈忠言
《2024年冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》范文
《冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》篇一摘要：本文旨在研究冻结粉质黏土的力学行为及其热力学本构模型。
通过实验分析，探讨了冻结粉质黏土的应力-应变关系、强度特性及变形特性，并建立了相应的热力学本构模型。
本文的研究成果对于理解冻土的力学性能、预测工程地质灾害、指导寒区工程建设等具有重要的理论和实践意义。
一、引言在寒冷地区，粉质黏土由于低温而发生冻结现象，其力学行为和工程性质随之发生变化。
理解冻结粉质黏土的力学特性和热力学行为，对于冻土区工程建设和地质灾害防治具有重要意义。
目前，国内外学者对冻土的力学行为和本构模型进行了大量研究，但针对粉质黏土的冻融过程及其本构模型的研究尚不充分。
因此，本文旨在深入探讨冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型。
二、冻结粉质黏土的力学行为1. 应力-应变关系通过室内试验，我们发现冻结粉质黏土在加载过程中表现出明显的应变硬化和软化现象。
随着温度的降低，其应力-应变关系呈现非线性特征，且峰值强度随温度的降低而增大。
2. 强度特性冻结粉质黏土的强度受温度、含水率、颗粒大小等因素的影响。
在低温条件下，其抗剪强度显著提高，表现出明显的冰胀力效应。
3. 变形特性在冻结过程中，粉质黏土的变形主要表现为弹性变形和塑性变形。
随着温度的降低，塑性变形逐渐增强，弹性模量逐渐减小。
三、热力学本构模型基于上述实验结果，本文建立了冻结粉质黏土的热力学本构模型。
该模型考虑了温度、应力、应变速率等因素对材料的影响，并通过引入冰-水相变能量转换项，反映了冻结过程中热能对力学特性的影响。
模型在形式上具有简单性和实用性，可有效预测冻结粉质黏土的应力-应变关系和强度特性。
四、结论本文通过实验分析，深入研究了冻结粉质黏土的力学行为和热力学本构模型。
结果表明，冻结粉质黏土在低温条件下表现出明显的非线性应力-应变关系和冰胀力效应；其变形特性表现为弹性变形和塑性变形的共同作用；本文建立的热力学本构模型能够较好地反映这些特性。
《2024年冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》范文
《冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》篇一摘要：本文旨在研究冻结粉质黏土的力学行为，以及其与热力学过程相关的本构模型。
文章通过理论分析、实验验证以及数值模拟的方法，对冻土的力学性质和热力学本构模型进行系统研究。
结果表明，在冻结条件下，粉质黏土的力学性质发生显著变化，而适当的热力学本构模型能够较好地描述这一变化过程。
一、引言随着气候变化和工程建设的不断推进，冻土工程问题日益受到关注。
其中，冻结粉质黏土作为一种常见的冻土类型，其力学行为和热力学本构模型的研究具有重要的理论和实践意义。
本文将从粉质黏土的物理性质出发，深入探讨其冻结状态下的力学行为和热力学本构模型。
二、粉质黏土的物理性质及结构特点粉质黏土主要由粉粒和黏土矿物组成，其结构特点为粒间连接力较强，具有一定的塑性和压缩性。
在自然环境中，粉质黏土常处于饱和或近饱和状态。
由于其颗粒间的连结和水分的存在，使得粉质黏土具有特殊的物理性质。
三、冻结粉质黏土的力学行为当粉质黏土受到低温作用而冻结时，其力学性质发生显著变化。
冻结过程中，土体中的水分形成冰晶，改变了土体的结构，使得土体强度和变形特性发生变化。
具体表现为：冰晶的形成使得土体产生显著的体积膨胀，同时提高了土体的抗剪强度和压缩模量。
此外，冻结过程中还可能伴随着温度应力的产生，进一步影响土体的力学行为。
四、热力学本构模型的建立与验证针对冻结粉质黏土的力学行为，本文提出了一种基于热力学的本构模型。
该模型综合考虑了土体的温度场、应力场和水分迁移等物理过程，通过引入冰晶形成和融化的相变过程，描述了冻土的力学性质变化。
通过实验数据和数值模拟结果的对比分析，验证了该本构模型的有效性。
五、实验与数值模拟分析为了进一步研究冻结粉质黏土的力学行为和热力学本构模型，本文进行了大量的实验和数值模拟分析。
实验部分包括不同温度条件下的三轴压缩试验、单轴压缩试验等，以获取不同温度条件下粉质黏土的应力-应变关系、强度参数等数据。
《2024年冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》范文
《冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》篇一一、引言随着现代土木工程的发展，土体材料，尤其是冻结粉质黏土的力学行为与工程性质逐渐受到研究者的广泛关注。
冻结粉质黏土的独特性在于其粘土和水的结合体在低温下发生固结和强化，从而产生一系列复杂的力学与热力学效应。
本文旨在探讨冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型，以期为相关工程提供理论依据。
二、冻结粉质黏土的力学行为（一）应力应变特性冻结粉质黏土在受外力作用时，表现出独特的应力应变特性。
由于黏土颗粒间的水冰转化，使得土体在低温下具有较高的抗剪强度和压缩性。
随着温度的降低，土体的塑性变形增加，同时表现出明显的弹性后效和蠕变现象。
（二）强度特性强度是土体抵抗破坏的能力，对于冻结粉质黏土而言，其强度受到温度、围压和应力路径等因素的影响。
研究表明，随着温度的降低，土体的强度显著增加。
同时，由于黏土颗粒间的相互作用和胶结作用，土体的强度还受到其自身微观结构的影响。
三、热力学本构模型为了更好地描述冻结粉质黏土的力学行为，需要建立相应的热力学本构模型。
本构模型应当能够反映土体在温度变化、应力作用和变形过程中的力学行为和热力学特性。
对于冻结粉质黏土，我们建议采用弹塑性模型或热弹塑性模型进行描述。
（一）弹塑性模型弹塑性模型是一种能够较好地描述土体在受到外力作用时的非线性弹性和塑性变形行为的模型。
对于冻结粉质黏土，该模型应考虑到温度对弹性和塑性参数的影响，如弹性模量、屈服极限等。
（二）热弹塑性模型热弹塑性模型则是在弹塑性模型的基础上，进一步考虑了温度对土体热力学特性的影响。
该模型能够描述土体在温度变化和应力作用下的热膨胀、热传导等行为。
对于冻结粉质黏土而言，该模型能够更好地反映其在低温和应力作用下的变形行为。
四、结论通过对冻结粉质黏土的力学行为和热力学本构模型的研究，我们发现在低温和应力作用下，这种土体表现出独特的物理特性和变形行为。
这为我们在工程设计和施工提供了重要的参考依据。
冻结粉质粘土声学特性与物理力学性质试验研究
岩石力学与工程学报
1
引
言
随着寒区工程技术开发的不断加快以及冻结 法施工在岩土工程领域的广泛运用，对冻土物理力 学性质的研究已成为冻土工程的热点之一[1]。声波 测试是研究冻土物理力学性质的有效途径之一，具 有快速、简便以及对被测物无损等优点。冻土中声 波传播速度和衰减特性等信息可用于确定冻土动 弹性模量等参数[2,3]， 以及冻土的可钻性和爆破性[4,5] 等。超声波检测技术在冻土中的应用始于20世纪70 年 代 ， 国 内外 的 学 者 进行 了 大 量 的试 验 研 究 。 Nakano Y等人[6]利用超声波检测技术对人工冻土特 性的研究表明：冻结砂土的超声波波速随温度变化 不大，而冻结粉土的波速随温度的升高而降低。傅 蓉等人[7]利用国产SYC-2型非金属声波探测仪测定 了冻土温度、含水率和容重等对波速的影响。杨平 等人[8]利用SYC-2型非金属声波探测仪研究了人工 冻结粘土和冻结砂土的强度与波速以及振幅衰减 系数之间的关系，并通过回归方法建立了其声学参 数与物理、力学性能参数之间的关系式。王大雁等 人[3, 9]运用UVM-2型声速测定仪，测定了不同含水 率冻结砂土、黄土和粘土在不同温度下的超声波波 速，利用波速计算得到所测试样的动弹性力学参 数，同时分析了未冻水含量对波速的影响。 本文利用 RSM-SY5(T)型非金属声波检测仪对 不同温度、含水率和干密度条件下的冻结粉质粘土 进行了超声波测试，同时进行了试样的抗拉、抗压 强度实验。讨论了温度、含水率和干密度等对冻结 粉质粘土波速的影响以及波速与冻土抗拉、抗压强 度的关系；根据弹性理论，利用所测波速计算得到 冻结粉质粘土的动弹性力学参数，并建立了在单一 影响因素变化情况下冻土波速与强度之间的关系 式。本文基于试验结果对冻结粉质粘土的声波特性 做了比较全面的分析，为声波检测技术在冻土工程 中的应用奠定了基础。
《2024年冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》范文
《冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》篇一一、引言随着人类对自然资源的开发利用，地下工程与基础建设的不断发展，对于地基土体的研究变得越来越重要。
粉质黏土作为常见的一种土体类型，其力学性质与热力学行为对于工程建设具有至关重要的影响。
本文旨在探讨冻结粉质黏土的力学行为及其热力学本构模型，为地下工程的设计与施工提供理论支持。
二、粉质黏土的基本性质粉质黏土是一种介于砂土与粘土之间的土体类型，其具有较高的含水量和粘性。
其基本物理性质包括密度、含水量、内摩擦角、粘聚力等。
这些性质对于土体的力学行为和热力学响应具有重要影响。
三、冻结粉质黏土的力学行为在低温环境下，粉质黏土的水分可能会发生冻结，形成冰晶体。
这一过程会导致土体的力学性质发生显著变化。
冻结后的粉质黏土具有更高的强度和刚度，同时也表现出较强的抗剪性和压缩性。
因此，在研究冻结粉质黏土的力学行为时，需要考虑温度对土体强度、变形以及稳定性的影响。
四、热力学本构模型的建立为了描述冻结粉质黏土的力学行为，需要建立相应的热力学本构模型。
该模型应包括温度、应力、应变等多个因素之间的关系。
在建立模型时，需要考虑土体的基本性质、温度变化对土体性质的影响、以及温度与应力、应变的相互作用关系。
此外，还需要考虑土体的微观结构、冰晶体的形成与演化等因素对模型的影响。
五、模型验证与应用为了验证所建立的热力学本构模型的准确性，可以通过实验和数值模拟等方法进行验证。
实验方法包括温度控制下的三轴压缩试验、剪切试验等；数值模拟则可以利用有限元分析软件等工具进行模拟验证。
此外，所建立的模型可以应用于地下工程的设计与施工中，为工程建设提供理论支持。
六、结论本文通过对冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型的研究，探讨了温度对土体性质的影响以及土体在低温环境下的力学响应。
所建立的热力学本构模型能够较好地描述冻结粉质黏土的力学行为，为地下工程的设计与施工提供了理论支持。
然而，仍需进一步研究不同因素对模型的影响以及模型的适用范围等问题。
冻结粉质黏土强度特性与本构模型研究
(3)重塑冻结粉质黏土粘聚力和内摩擦角分别比原状冻结粉质黏土的大2%和5%;不同固结方式下最大轴向偏应力和内摩擦角值大小:等压排水固结>等压不排水固结>先冻结后固结,其中后两者参数值较为接近,而粘聚力大小为:先冻结后固结>等压不排水固结>等压排水固结,但三者值相差不大;零围压常规三轴压缩下最大偏应力是减压三轴压缩的1.1倍,而弹性模量则是减压三轴压缩的1.12倍,说明应力路径不同,冻土强度特性有差异,在实际工程中应特别注意。(4)基于邓肯—张模型建立考虑围压影响的冻结粉质黏土本构模型,并通过试验值和计算值比较来验证模型可靠性,得到原状粉质黏土以及等压排水固结、等压不排水固结和先冻结后固结重塑粉质黏土的破坏比均值分别为0.87、0.89、0.93和0.87。
(5)在同一恒定荷载水平下,重塑冻结粉质黏土的蠕变变形小于原状冻结粉质黏土,且用数学模型进行拟合,参数结果显示重塑冻结粉质黏土受轴向应力影响大于原状冻结粉质黏土,而受时间影响则相反;原状和重塑冻结粉质黏土长期强度值分别为1.81 MPa和2.31MPa(即长期强度系数分别为2.6和2.3),说明重塑冻结粉质黏土抵抗受长期荷载作用而破坏的能力较强。(6)在0.3σ、0.4σ和0.5σ三级应力水平下,卸载总回弹应变分别为0.32%、0.72%和0.96%,其中瞬时回弹应变平均占总回弹变形的仅为58%,说明该土质弹性后效较大,并发现瞬时回弹应变和总回弹应变与应力加载系数和10h处蠕变应变均近似呈对数增长关系;对于重塑粉质黏土蠕变卸载回弹关系曲线,可用分段函数来拟合。
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》范文
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》篇一摘要本文针对冻结粉质黏土的断裂行为进行了实验与数值模拟研究。
首先，通过室内试验，对冻结粉质黏土的力学性能进行了系统分析。
随后，利用数值模拟软件，对实验结果进行了验证和补充。
本研究旨在深入了解冻结粉质黏土的断裂机制，为工程实践提供理论依据。
一、引言冻结粉质黏土作为一种常见的工程地质材料，在寒区工程中具有广泛的应用。
然而，由于其特殊的物理力学性质，使得其在受力过程中容易发生断裂。
因此，研究冻结粉质黏土的断裂行为，对于保障工程安全具有重要意义。
本文通过实验与数值模拟相结合的方法，对冻结粉质黏土的断裂行为进行了系统研究。
二、试验方法与材料1. 试验材料本实验所采用的土样为粉质黏土，取自某寒区工程现场。
为模拟实际工程中的冻结状态，对土样进行了低温处理。
2. 试验方法（1）室内试验：采用直接剪切试验和三轴压缩试验，对冻结粉质黏土的力学性能进行系统分析。
（2）数值模拟：利用有限元软件，对实验结果进行验证和补充。
三、实验结果与分析1. 室内试验结果（1）直接剪切试验：在低温条件下，冻结粉质黏土的剪切强度随温度降低而增加，表明低温对土体的抗剪强度有显著影响。
（2）三轴压缩试验：在三轴压缩过程中，冻结粉质黏土表现出明显的应变软化现象，即随着应变的增加，土体强度逐渐降低。
此外，土样的断裂过程表现出明显的阶段性，即断裂过程分为裂纹萌生、扩展和贯通三个阶段。
2. 数值模拟结果数值模拟结果与室内试验结果基本一致，验证了低温对土体抗剪强度的影响以及土体断裂过程的阶段性。
此外，数值模拟还可以观察到土体内部的应力分布和裂纹扩展情况，为深入研究土体断裂机制提供了有力工具。
四、讨论与结论通过实验与数值模拟研究，本文得出以下结论：1. 冻结粉质黏土在低温条件下具有较高的抗剪强度，这对于保障寒区工程的安全性具有重要意义。
2. 冻结粉质黏土的断裂过程表现为明显的阶段性，即裂纹萌生、扩展和贯通三个阶段。
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》范文
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》篇一摘要本文主要研究了冻结粉质黏土的断裂行为，通过室内试验与数值模拟相结合的方法，探讨了其断裂特性、破坏机理及影响因素。
试验结果和数值模拟结果均表明，冻结粉质黏土在受到外力作用时，具有独特的断裂行为和力学特性。
本文的研究为工程实践中相关地质条件下的设计与施工提供了理论依据和参考。
一、引言随着工程建设领域的不断发展，对地基土体特性的研究越来越受到重视。
粉质黏土作为一种常见的地基土体类型，其力学特性和断裂行为对于工程稳定性具有重要意义。
特别是在低温环境下，冻结粉质黏土的断裂行为更是关系到工程安全。
因此，本文旨在通过试验与数值模拟相结合的方法，研究冻结粉质黏土的断裂行为及影响因素。
二、试验方法与材料1. 试验材料本试验所采用的粉质黏土取自特定地质条件下的沉积层，其含水率、孔隙比等物理参数经过前期试验确定。
2. 试验方法（1）制备试样：按照一定比例混合土料和水，制备成标准尺寸的试样。
（2）低温处理：将试样置于低温环境中进行冻结处理，模拟实际工程中的低温条件。
（3）断裂试验：对冻结后的试样进行单向或双向加载，观察其断裂过程并记录相关数据。
三、试验结果与分析1. 断裂形态观察在试验过程中，通过高速摄像机记录了试样的断裂过程。
观察到冻结粉质黏土在受到外力作用时，首先出现微裂纹，随着外力增大，裂纹逐渐扩展并形成明显的断裂带。
2. 力学特性分析通过数据采集系统记录了试样在断裂过程中的应力-应变曲线。
分析表明，冻结粉质黏土具有较高的初始弹性模量和峰值强度，随着外力作用，其变形逐渐增大，直至发生断裂。
3. 影响因素探讨（1）温度影响：随着温度的降低，冻结粉质黏土的断裂韧性和强度有所提高。
（2）含水率影响：含水率的增加会降低土体的强度和韧性。
（3）加载速率影响：加载速率对土体的断裂行为也有一定影响，加载速率越快，土体越容易发生脆性断裂。
四、数值模拟研究1. 模型建立采用有限元分析软件，建立与试验条件相符合的数值模型，包括土体的物理参数、边界条件等。
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》范文
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》篇一摘要本文针对冻结粉质黏土的断裂行为进行了实验研究与数值模拟分析。
通过开展室内试验，分析了冻结粉质黏土在不同条件下的断裂特性，并结合数值模拟方法，探讨了其断裂过程的力学机制。
本文旨在为相关工程实践提供理论依据和技术支持。
一、引言随着城市化进程的加快，地下工程建设日益增多，冻结粉质黏土作为常见的工程地质条件，其断裂行为的研究显得尤为重要。
本文通过实验与数值模拟相结合的方法，深入探究了冻结粉质黏土的断裂特性和力学机制，以期为地下工程建设提供有益的参考。
二、试验方法与材料1. 试验材料：选用典型冻结粉质黏土作为研究对象。
2. 试验方法：通过室内试验，开展单轴压缩试验、三轴压缩试验和剪切试验，分析冻结粉质黏土在不同条件下的断裂特性。
三、实验结果与分析1. 单轴压缩试验：在单轴压缩条件下，冻结粉质黏土表现出较高的抗压强度和较低的延伸率。
随着荷载的增加，土样逐渐发生断裂，表现出典型的塑性断裂特征。
2. 三轴压缩试验：在三轴压缩条件下，冻结粉质黏土的强度和变形特性受围压影响显著。
围压增大时，土样的抗压强度和延伸率均有所提高。
3. 剪切试验：在剪切过程中，冻结粉质黏土表现出明显的剪切带特征。
随着剪切位移的增加，土样逐渐发生断裂，呈现出明显的脆性断裂特征。
四、数值模拟研究采用有限元分析软件，建立冻结粉质黏土的数值模型，对断裂过程进行模拟分析。
通过设定不同的边界条件和材料参数，探讨了冻结粉质黏土的断裂机制和影响因素。
五、结论1. 冻结粉质黏土在单轴压缩条件下表现出较高的抗压强度和塑性断裂特征；在三轴压缩条件下，围压对土样的强度和变形特性有显著影响；在剪切过程中，土样表现出明显的脆性断裂特征。
2. 通过数值模拟分析，进一步揭示了冻结粉质黏土的断裂机制和影响因素。
模拟结果与实验数据基本一致，验证了数值模型的可靠性。
3. 本研究为地下工程建设提供了有益的参考。
在实际工程中，应根据工程地质条件和设计要求，合理选择施工方法和支护措施，以确保工程安全。
《冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》范文
《冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》篇一一、引言随着工程建设的不断深入，对土力学的研究显得尤为重要。
其中，粉质黏土作为常见的一种土质类型，其力学特性和热力学行为在各种工程环境中具有重要影响。
特别是在冻结条件下，粉质黏土的力学行为和热力学本构模型的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨冻结粉质黏土的力学行为及其热力学本构模型，为相关工程提供理论依据和参考。
二、粉质黏土的基本特性粉质黏土是一种介于砂土和黏土之间的土质类型，具有较高的含水量和粘性。
其基本特性包括：低渗透性、高压缩性、较强的抗剪强度等。
此外，粉质黏土还具有明显的应力-应变特性，即在受到外力作用时，其变形行为呈现出非线性、弹塑性和滞后性等特点。
三、冻结粉质黏土的力学行为在低温环境下，粉质黏土的力学行为发生显著变化。
冻结过程中，土体中的水分结成冰，使土体结构发生变化，进而影响其力学性质。
具体表现在以下几个方面：1. 抗剪强度增加：冻结过程中，冰的强度高于未冻结状态的土体，因此冻结粉质黏土的抗剪强度得到提高。
2. 变形行为改变：冻结过程中，土体的变形行为由弹塑性向脆性转变，表现出更强的脆性特征。
3. 应力-应变关系变化：冻结后，土体的应力-应变关系变得更加复杂，表现出明显的非线性特征。
四、热力学本构模型为了描述冻结粉质黏土的热力学行为，需要建立相应的本构模型。
本构模型应能够反映土体的应力、应变、温度和水分迁移等物理量的变化规律。
目前，常见的热力学本构模型包括弹性模型、弹塑性模型和耦合模型等。
针对冻结粉质黏土的特点，建议采用耦合模型，即同时考虑温度和水分变化对土体力学行为的影响。
耦合模型中，应包含以下基本要素：1. 温度场描述：通过传热方程描述土体中的温度分布和变化规律。
2. 水分迁移描述：考虑水分在冻结过程中的迁移规律，以及水分含量对土体力学性质的影响。
3. 应力-应变关系描述：根据土体的实际变形行为，建立合理的应力-应变关系。
4. 本构方程建立：基于上述基本要素，建立冻结粉质黏土的热力学本构方程。
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》范文
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》篇一摘要：本论文以冻结粉质黏土的断裂行为为研究对象，通过实验和数值模拟两种方法进行深入的研究。
实验部分通过采用一系列的土工试验方法，包括原位测试和模拟环境下的单轴压缩实验等，获取了不同条件下粉质黏土的断裂力学参数；数值模拟部分则通过使用离散元和有限元软件进行模型建立与结果分析，通过两者结合的研究方式，揭示了冻结粉质黏土在受力作用下的断裂行为规律及其影响因素。
本文不仅丰富了现有理论，也提高了实际工程应用中的断裂控制与防治技术。
一、引言随着城市化进程的加快，地下工程建设日益增多，而粉质黏土作为常见的地基土层，其力学性质对工程安全至关重要。
在低温环境下，如季节性冻土区，粉质黏土的物理力学性质会发生显著变化，其断裂行为更是关系到工程结构的稳定性和安全性。
因此，对冻结粉质黏土的断裂行为进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、实验部分（一）实验材料与方法本实验选取了不同含水率、不同密实度的粉质黏土作为研究对象。
首先进行原位测试，获取土样的基本物理参数。
然后通过单轴压缩实验，模拟不同温度和压力条件下的粉质黏土受力过程，观察其断裂现象，并记录相应的力学参数。
（二）实验结果与分析实验结果显示，随着温度的降低和压力的增大，粉质黏土的断裂强度逐渐增大。
同时，含水率和密实度对粉质黏土的断裂行为也有显著影响。
当含水率较高或密实度较大时，粉质黏土的断裂韧性增强。
通过对实验数据的分析，我们得到了不同条件下的断裂力学参数，为后续的数值模拟提供了依据。
三、数值模拟部分（一）模型建立采用离散元和有限元软件建立数值模型，根据实验结果设定材料参数。
模型中考虑了温度、压力、含水率和密实度等因素对粉质黏土的影响。
通过模拟单轴压缩过程，观察粉质黏土的断裂行为。
（二）结果分析数值模拟结果显示，随着温度的降低和压力的增大，粉质黏土的应力-应变曲线发生变化，断裂行为也相应改变。
同时，含水率和密实度对粉质黏土的断裂行为也有显著影响。
《2024年冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》范文
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》篇一摘要本文通过实验与数值模拟相结合的方法，对冻结粉质黏土的断裂行为进行了深入的研究。
实验部分利用室内试验技术观察了土样的断裂特性，并借助现代科技手段如CT扫描进行微观分析。
同时，本文也进行了有限元分析以进行数值模拟研究，从而为实际工程中涉及冻结粉质黏土的断裂问题提供理论依据和参考。
一、引言随着工程建设不断向高寒地区扩展，冻结粉质黏土作为常见的工程地质体，其断裂行为的研究显得尤为重要。
本文旨在通过实验与数值模拟相结合的方式，深入探讨冻结粉质黏土的断裂特性，为工程实践提供理论支持。
二、实验部分1. 实验材料与制备本实验选取某地区典型的冻结粉质黏土作为研究对象，对其进行了必要的物理和化学性质分析。
在室内环境下，按照规定的制备工艺制作了符合标准的土样。
2. 试验方法通过直接剪切试验和间接拉伸试验等手段，对土样进行了详细的力学测试。
其中，直接剪切试验主要研究土样在不同条件下的抗剪强度；间接拉伸试验则用于观察土样的断裂过程和断裂能等参数。
3. 实验结果与讨论根据实验数据，分析了冻结粉质黏土的应力-应变关系、抗剪强度及断裂特性等。
结合CT扫描技术，从微观角度对土样的结构进行了分析，进一步揭示了其断裂机制。
三、数值模拟部分1. 有限元模型建立基于实验数据和土体的本构关系，建立了合适的有限元模型。
模型中考虑了土体的非线性、弹塑性等特性。
2. 模拟结果与分析通过有限元分析软件对模型进行了求解，得到了土样在不同条件下的应力分布、位移变化等结果。
将模拟结果与实验数据进行对比分析，验证了模型的准确性。
四、结论本文通过实验与数值模拟相结合的方式，对冻结粉质黏土的断裂行为进行了深入研究。
实验部分详细分析了土样的力学性质和断裂特性，并从微观角度揭示了其断裂机制。
数值模拟部分建立了合适的有限元模型，并通过求解得到了土样的应力分布、位移变化等结果。
综合分析表明，冻结粉质黏土的断裂行为受多种因素影响，包括温度、含水率、加载速率等。
《冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》范文
《冻结粉质黏土的力学行为与热力学本构模型》篇一一、引言在地质工程和岩土工程领域，冻结粉质黏土的力学行为研究对于基础工程、地基处理和地下工程具有重要意义。
由于冻结粉质黏土的复杂性质，包括其高含水率、低渗透性以及在温度变化下的力学响应，因此对其力学行为和热力学本构模型的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨冻结粉质黏土的力学行为特性，并建立相应的热力学本构模型。
二、冻结粉质黏土的力学行为特性冻结粉质黏土的力学行为具有明显的各向异性和非线性特性。
其强度随温度的降低而增加，表现出显著的塑性变形和应力-应变关系。
在冻结过程中，粉质黏土中的水分会形成冰晶，导致土体结构发生变化，从而影响其力学性能。
此外，冻结粉质黏土的抗剪强度和压缩性也受到温度、含水率、土体结构等因素的影响。
三、热力学本构模型的建立为了描述冻结粉质黏土的力学行为，我们需要建立一个合理的热力学本构模型。
本构模型应包括温度、应力、应变等因素的相互作用关系。
以下是一个简化的热力学本构模型的建立过程：1. 模型假设：假设冻结粉质黏土为连续、均匀、各向同性的材料。
2. 模型参数：包括温度T、应力张量σ、应变张量ε等。
3. 模型推导：根据热力学原理和土力学理论，推导出温度与应力、应变之间的关系。
考虑冻结过程中冰晶形成对土体结构的影响，以及温度对土体强度和变形性能的影响。
4. 模型验证：通过实验数据对模型进行验证和修正，确保模型能够准确描述冻结粉质黏土的力学行为。
四、模型应用与讨论建立的热力学本构模型可以应用于基础工程、地基处理和地下工程等领域。
通过将模型参数与实际工程条件相结合，可以预测和评估冻结粉质黏土地基的力学性能和稳定性。
此外，该模型还可以用于研究冻融循环对土体性能的影响，为冻土区工程建设提供理论依据。
在应用过程中，需要注意以下几点：首先，模型参数的准确性对预测结果的可靠性至关重要，因此需要进行充分的实验验证和参数识别；其次，实际工程条件复杂多变，模型应用时需根据具体情况进行适当调整；最后，冻土区的环境变化对土体性能具有显著影响，需考虑环境因素对模型的影响。
《2024年冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》范文
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》篇一摘要本文主要研究了冻结粉质黏土的断裂行为，通过室内试验与数值模拟相结合的方法，深入探讨了冻结粉质黏土的力学性能和断裂特性。
本文首先介绍了研究背景和意义，然后详细描述了试验方法和过程，最后通过数值模拟对试验结果进行了验证和分析。
一、引言随着工程建设的不断发展，土质工程问题日益突出。
其中，冻结粉质黏土作为一种常见的土质类型，其断裂行为对于工程安全和稳定性具有重要影响。
因此，研究冻结粉质黏土的断裂行为具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、试验方法与过程1. 试验材料与设备试验所使用的土样为冻结粉质黏土，试验设备主要包括直剪仪、万能材料试验机等。
2. 试验方法（1）土样制备：将冻结粉质黏土进行均匀混合，制备成标准试样。
（2）直剪试验：在直剪仪上进行直剪试验，记录不同法向应力下的剪切位移和剪切力。
（3）万能材料试验机测试：对试样进行单轴压缩试验，观察其破坏过程和破坏形态。
3. 试验过程在严格控制温度和湿度的条件下，进行直剪试验和单轴压缩试验。
记录试验过程中的数据，包括法向应力、剪切位移、剪切力等。
三、试验结果与分析1. 直剪试验结果直剪试验结果表明，随着法向应力的增加，剪切位移逐渐增大，剪切力也相应增大。
在某一法向应力下，剪切力达到峰值后出现软化现象。
这表明冻结粉质黏土在剪切过程中存在明显的应变软化行为。
2. 单轴压缩试验结果单轴压缩试验结果表明，冻结粉质黏土在压缩过程中表现出明显的塑性变形和破坏形态。
随着压力的增加，试样逐渐发生破坏，破坏形态呈现为明显的剪切破坏。
3. 结果分析通过对试验结果的分析，可以得出以下结论：冻结粉质黏土的断裂行为受法向应力和剪切位移的影响较大；其断裂过程中存在明显的应变软化现象；破坏形态以剪切破坏为主。
这些结论为进一步研究冻结粉质黏土的力学性能和断裂特性提供了重要的依据。
四、数值模拟研究为了进一步验证试验结果的可靠性，本文采用有限元软件对冻结粉质黏土的断裂行为进行了数值模拟。
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》范文
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》篇一摘要本文针对冻结粉质黏土的断裂行为进行实验与数值模拟研究。
通过开展室内土工试验，获取了不同温度、压力条件下冻结粉质黏土的断裂特性。
同时，结合数值模拟方法，对试验结果进行验证和补充，深入探讨了冻结粉质黏土的断裂机理。
本文的研究成果对于理解冻结粉质黏土的力学性能和工程应用具有重要意义。
一、引言随着气候变化和人类活动的加剧，冻土工程问题日益突出。
其中，粉质黏土作为一种典型的冻土类型，其断裂行为对工程安全具有重要意义。
然而，由于粉质黏土在冻结状态下的复杂力学特性，其断裂行为的研究尚不够深入。
因此，本文通过实验与数值模拟相结合的方法，对冻结粉质黏土的断裂行为进行研究。
二、实验方法与材料1. 实验材料：本实验采用不同含水率的粉质黏土作为研究对象，确保实验结果的普遍性。
2. 实验方法：（1）室内土工试验：通过开展室内直剪试验、拉伸试验等，获取不同温度、压力条件下冻结粉质黏土的应力-应变关系、断裂强度等数据。
（2）数值模拟：采用有限元法对实验结果进行验证和补充，通过建立合理的本构模型和边界条件，模拟粉质黏土的断裂过程。
三、实验结果与分析1. 直剪试验结果：随着温度的降低，冻结粉质黏土的抗剪强度逐渐增大，且呈现出明显的应变软化现象。
2. 拉伸试验结果：在拉伸过程中，冻结粉质黏土表现出显著的脆性断裂特征，断裂面光滑且垂直于拉伸方向。
3. 数值模拟结果：通过有限元法模拟了粉质黏土的断裂过程，与实验结果相符，验证了本构模型的合理性。
同时，数值模拟还揭示了断裂过程中应力的分布和传播规律。
四、讨论1. 断裂机理：冻结粉质黏土的断裂行为主要受温度、压力、含水率等因素的影响。
在低温条件下，粉质黏土中的冰晶对断裂过程起到了关键作用，导致断裂面呈现出光滑、垂直于拉伸方向的特征。
2. 工程应用：了解冻结粉质黏土的断裂行为对于冻土工程具有重要意义。
在实际工程中，应根据不同地区的冻土特性，采取相应的工程措施，如加强基础结构、设置隔热层等，以确保工程安全。
《2024年冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》范文
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》篇一摘要本文旨在通过实验和数值模拟的方式，深入研究冻结粉质黏土的断裂行为。
通过进行室内试验，我们获得了冻结粉质黏土的力学特性与断裂机制。
此外，借助数值模拟技术，我们对试验结果进行了进一步的验证和预测。
本文的成果对于了解寒冷地区土体的力学行为及工程应用具有重要的指导意义。
一、引言在寒冷地区，冻结粉质黏土是一种常见的地质结构。
由于其在工程建设中具有广泛的应用，其断裂行为的研究变得尤为重要。
为了深入了解冻结粉质黏土的断裂特性，本文首先进行了室内试验，通过采集和分析土样，研究了其断裂过程的力学行为。
同时，利用数值模拟技术对试验结果进行了验证和预测。
二、试验方法与材料1. 试验材料：选取特定地区的粉质黏土作为研究对象，对其进行了冻结处理。
2. 试验方法：采用室内剪切试验和直接拉伸试验，对冻结粉质黏土的断裂行为进行定量分析。
三、试验结果与分析1. 剪切试验结果：在剪切过程中，冻结粉质黏土表现出明显的应变软化现象。
随着剪切位移的增加，土样的抗剪强度逐渐降低。
此外，我们还观察到土样在剪切过程中出现了明显的裂纹扩展现象。
2. 直接拉伸试验结果：在直接拉伸试验中，冻结粉质黏土的断裂过程呈现出明显的脆性特征。
当拉伸力达到一定值时，土样迅速断裂，并伴有裂纹的产生和扩展。
通过对试验数据的分析，我们得到了土样的抗拉强度和断裂能等关键参数。
3. 断裂机制分析：结合试验结果，我们发现冻结粉质黏土的断裂机制主要受到土体的内部结构和外部荷载的影响。
在剪切过程中，土样的内部结构发生破坏，导致裂纹的扩展和土体的软化。
在拉伸过程中，由于土体内部的弱连接点首先破裂，导致整体结构的失稳和断裂。
四、数值模拟研究为了进一步验证和预测冻结粉质黏土的断裂行为，我们采用了有限元分析方法进行数值模拟。
通过建立土体的三维模型，并施加相应的荷载和边界条件，我们得到了与试验结果相吻合的模拟结果。
此外，我们还利用数值模拟技术对不同工况下的土体断裂行为进行了预测，为实际工程提供了重要的参考依据。
《2024年冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》范文
《冻结粉质黏土断裂行为试验与数值模拟研究》篇一摘要本文通过实验与数值模拟相结合的方法，对冻结粉质黏土的断裂行为进行了深入研究。
首先，通过室内试验获取了冻结粉质黏土的基本力学性能；其次，进行了断裂试验以观察其断裂过程和特征；最后，利用数值模拟方法对试验结果进行验证和补充。
本文旨在为相关工程领域提供理论依据和技术支持。
一、引言随着城市化进程的加快，地下工程和基础设施的建设日益增多，其中涉及到的土体工程问题逐渐凸显。
冻结粉质黏土作为一种常见的土体类型，其断裂行为对工程稳定性具有重要影响。
因此，研究冻结粉质黏土的断裂行为，对于保障工程安全具有重要意义。
二、实验方法与材料1. 实验材料：本实验所使用的土样为冻结粉质黏土，取自某地区工程现场。
2. 实验方法：（1）基本力学性能试验：通过室内试验，测定冻结粉质黏土的基本力学参数，如抗压强度、抗拉强度等。
（2）断裂试验：采用特定装置对土样进行加载，观察其断裂过程和特征。
三、实验结果与分析1. 基本力学性能：通过室内试验，得到了冻结粉质黏土的抗压强度、抗拉强度等基本力学参数，为后续的断裂试验提供了依据。
2. 断裂试验结果：在断裂试验中，观察到冻结粉质黏土的断裂过程和特征。
随着荷载的增加，土样逐渐出现裂纹，并最终发生断裂。
断裂过程表现为韧性断裂和脆性断裂的混合形式，其中韧性断裂占主导地位。
3. 数值模拟：利用有限元软件，对断裂试验进行数值模拟。
通过输入土样的基本力学参数和边界条件，模拟了土样的断裂过程。
将数值模拟结果与实验结果进行对比，发现两者具有较好的一致性。
四、讨论通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 冻结粉质黏土的断裂行为表现为韧性断裂和脆性断裂的混合形式，其中韧性断裂占主导地位。
2. 土样的基本力学性能对其断裂行为具有重要影响。
在实际工程中，需要充分考虑土体的力学性质，以确保工程稳定性。
3. 数值模拟方法可以有效地模拟土体的断裂过程，为实验结果提供验证和补充。
青藏铁路冻结粉质粘土动静三轴试验对比
摘 要：直接针对采自 青藏铁路工程中的粉质粘土，根据低温动、静三轴试验结果，进行了冻土的动强度与静强度对比 研究。 研
究表明，冻土的静强度和动强度均随负温降低而增大、随含水率增加而减小，相应的静粘聚力、静内摩擦角和动粘聚力、动内摩 擦角随负温及含水率的变化规律也如此；冻土的动强度随围压上升而增大；冻土的静力变形明显存在弹性、塑性两个不同性质的 变形发展区， 冻土的静强度在塑性变形区随围压上升有增大的趋势， 但在弹性变形区这一变化规律不明显， 并且在塑性变形区冻
机理方面研究工作。
Ｗ Ｎ Ｌｘｌ， Ｘ ｎｈ ｇ， ｕｙ ｌ Ｕ ｎｕ，Ｕ ｇｉ Ａ Ｇ ｉ２Ｌ Ｇ －ａ ｌＸ Ｘｅａ， ｕ －４Ｈ Ｑ －， ｉａ， Ｉ ｉ ｚｎ＇ Ｕ －ｎＧ Ｑａｙ －＇ Ｎ ａ ３ ２ ｉｌ ｎ ｌ
（．ａ ｉ Ｉ ｔ ｔ ｏ Ｔｃｎｌ ｙ Ｓｈｏ ｏ Ｃｖ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｈ ｒ ｎ ０９，ｈ ａ ． ｔ Ｋ ｙ ｂｒ ｏ Ｆ ｚ Ｓｉ Ｅ ｇ ｅ ｉ ， Ｓ Ｌｎｈｕ １ ｒｎ ｓｔｅ ｅｈｏ ｇ， ｏｌ ｉｌ ｉ ｅｎ， ｂ １ ００ ｉ ； Ｓ ｅ Ｌ ｏ ｔ ｏ ｒ ｅ ｏ ｎｉ ｅｎ Ｃ ， ｚｏ Ｈ ｂ ｎｉ ｕ ｆ ｏ ｃ ｆ ｉ ｎ ｎ ｉ ａｉ ５ Ｃ ｎ２ ｔ ａ ｅ ａ ａ ｒ ｆ ｎ ｌ ｎ ｒ ｇ Ａ ｙ ｏ ａ ７００，ｈ ａ３ ｉ Ａｃｉｃ ｒ ａｄ ｉ ｎｉ ｅｎ Ｉ ｔ ｔ Ｃ ａｇｈｎ ０ １ ｈ ａ ．ｌ Ｇａ ＧｏｐＤ ｐｒ ｅｔ ｎｉ ｅｎ ， ｎｃｕ １０２ ， ３００ ｉ ； ｌ ｒ ｔ ｔ ａ ｎ Ｃｖ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｉ ｅ ｈ ｃｕ １０２， ｉ ；Ｊｉ ｒｎ ｕ， ａｍ ｎ ｏ Ｅｇ ｅｒ ｇＣ ａｇｈｎ ０ １ Ｃ ｎ ． ｉ ｈｅ ｕ ｌ ｉｌ ｎ ｉ ｎ ｔ ， Ｊ ｎ ｓｕ ｎ ３ Ｃ ｎ４ｉ ｎ ｉ ｒ ｅ ｔ ｆ ｎ ｉ ｈ ３
冻土退荷回弹动弹模
冻土退荷回弹动弹模
沈忠言;张家懿
【期刊名称】《冰川冻土》
【年(卷),期】1995(0)S1
【摘要】冻土的回弹动弹模,在土体应变过程中为非定值,应变大于1%之后趋于稳定,并随测定时的应变速率加大而变大。
振动频率对回弹动弹模有一定影响,高振频使测定值有所下降。
【总页数】6页(P35-40)
【关键词】动弹模;应变速率;振动频率
【作者】沈忠言;张家懿
【作者单位】中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P642.14
【相关文献】
1.冻土动弹模,动泊桑比的确定 [J], 徐学燕; 仲丛利
2.季节性冻土区路基土静动回弹模量及其转换关系研究 [J], 王书娟; 刘岩; 丁鹏翔; 雷忠伟
3.超声纵波测量冻土动弹性模量的试验研究 [J], 姚博;刘志强;王博;张洪乐
4.超声波法测定冻土动弹性力学参数试验研究 [J], 王大雁;朱元林;赵淑萍;李海鹏
5.基于凸模凹模圆角半径的改变解决支撑件回弹 [J], 胡春莲;史桂芳;高乾;周峰
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
冻结粉质黏土三轴抗压强度和变形特性试验研究
冻结粉质黏土三轴抗压强度和变形特性试验研究
牛亚强;赖远明;王旭;廖孟柯;高娟
【期刊名称】《冰川冻土》
【年(卷),期】2016(38)2
【摘要】通过对-6℃冻结粉质黏土在1~9 MPa的围压范围内进行一系列的三轴压缩试验,分析了冻土的变形和强度特性.结果表明：不同围压下,冻结粉质黏土的应力-应变曲线形态基本相似,而软化程度及初始阶段的硬化速率则有所不同.根据摩尔-库仑准则,得到广义黏聚力和广义内摩擦角随围压的变化规律,同时基于包络线理论建立非线性强度准则,以描述冻结粉质黏土强度随围压先增大后减小的变化规律.【总页数】7页(P424-430)
【作者】牛亚强;赖远明;王旭;廖孟柯;高娟
【作者单位】兰州交通大学土木工程学院;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU445
【相关文献】
1.单轴分级循环加载时冻结粉质黏土的\r动力特性试验研究
2.单轴分级循环加载时冻结粉质黏土的动力特性试验研究
3.含盐冻结粉质粘土单轴抗压强度试验研究
4.人工冻结淤泥质粉质黏土三轴剪切强度及本构模型研究
5.苏北灌溉总渠右堤粉质黏土三轴力学及土水特性影响试验研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
冻结粉土的动强度特性及其破坏准则①沈忠言 张家懿(中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室,730000) 摘 要 在恒应变速率增长的等应变幅动力模式下,冻结粉土的动强度最初随静有效正应力增大而增加;在后者为7～8M Pa 时,动强度达到峰值;以后随着静有效正应力的继续增大,动强度趋于减小。
不同应变速率下的动强度包络线呈现相似形式,服从抛物线破坏准则。
研究中引进当量动内摩擦角φe 和当量动内摩擦系数tg φe 概念,从而使抛物线破坏准则方程与线性破坏准则方程在形式趋于一致。
当量动内摩擦角φe 是一个动态变量,除取决于静有效正应力外,还与土温、应变速率、振频和土类有关,它小于σs =0时的初始动内摩擦角φ0,并随静有效正应力增长而逐渐减小。
文章还给出不同φ0时的φe 诺模图。
关键词 动强度 抛物线破坏准则 静有效正应力 当量动内摩擦角 当量动内摩擦系数冻土动强度指标是寒区动力工程基础设计的重要依椐。
我们知道,冻土是由矿物颗粒、冰、未冻水和气(汽)组成的多相体系,冰的存在及其敏感的流变特性,使它的动力学特性,至少在不很低(譬如在高于-10℃)的温度范围内,呈粘-弹-塑性特性。
当冻土承受逐渐增大的动载荷时,要经受振动压密、振动剪切和振动破坏三个阶段。
这三阶段间的强度界限,分别称之为临界强度和极限强度(谢定义,1988)。
可见,冻土动强度的确定和取值与强度标准的选定密切相关。
本文数据的依托试验在以恒应变速率增长的等幅动应变振动模式下进行,动强度为偏应力达到峰值或应变达到20%时的动偏应力,因此可认为是极限强度,采用的是极限平衡标准,有关试验模式见沈忠言等(1996a )文。
本次试验土仍采用粉土(兰州黄土),含水率为24%～26%,干密度为1.53～1.58g /cm 3,饱和度为85%～90%,试验在M TS 材料试验系统上进行,控制试验温度-5℃,围压0～10MPa ,振动频率1～7Hz ,动应变幅±0.05%应变,应变速率1.667×10-6～1.667×10-3s -1。
1 冻结粉土动强度特性基于冻土三轴强度特性的大量研究,许多学者曾对不同土质的冻土、不同围压状态提出过多种冻土三轴强度屈服准则,如低围压下符合摩尔-库仑线性屈服准则,中高围第19卷 第2期1997年冰 川 冻 土JOU RNA L OF G LACIO LOG Y AN D GEOCRYOL OGY V ol .19 N o .21997①本文于1996年9月7日收到修改稿。
压下冻结砂土的强度随围压呈抛物线屈服准则(马巍等,1993),冻结超固结粘土在一定围压范围内强度几乎不变的水平线破坏准则(沈忠言等,1996b )等。
这些研究表明,冻土强度的破坏包络线形式多姿多态,远远超越融土中摩尔-库仑线性形式。
由于本研究采用了恒应变速率的等幅动应变模式,获得类似于静三轴试验的三轴动强度。
在一定负温下,各种应变速率、各种振频下的动强度σd 与其围压σ3的对应关系如图1所示。
由图可见,冻结粉土的动强度随围压增长的变化趋势,在较小围压区间(如>1～1.5MPa )两者几乎呈直线关系,可近似地作线性处理;当围压较大时,动强度随围压的增速变缓,呈斜率递减的非线性曲线增长;围压至一定值(6M Pa 左右,与土温、土质、应变速率、振频等有关),动强度达到峰值;此后,围压继续增长,动强度不但不再增长,反而逐渐下降。
总而言之,在一定温度、应变速率和振频下,冻结粉土的动强度随围压增长而变化时其关系线的切线斜率呈递减变化,曲线先升后降呈弧形。
同一振频而不同应变速率下的各关系线,以及同一应变速率而不同振频下的各关系线,为两组各自几乎相似的曲线族。
在周期荷载作用下,土的破坏条件常用破坏面或最大往返剪切面上的应力分量表示(张克绪等,1989)。
图2表示45°破坏面上最大剪应力(静剪应力与动剪应力之和)τ与周期荷载作用时该面上的静有效正应力σs 的关系。
在等围压固结条件下,45°破坏面上的最大剪应力等于周期荷载作用下的最大偏应力的二分之一,静有效正应力σs 即为(σ1+σ3)/2。
图1和图2是线型类同的相似曲线族。
下面探索曲线函数和求解参数时以图2物理量为基础。
图1 动强度与围压的关系Fig .1R elationship betw een dynamic strength andstatic effective normalstress 图2 抗剪强度为静有效正应力的函数Fig .2Shear strength as a function of static effective normal stress2 冻结粉土动强度的破坏准则分析图2试验数据表明,τ-σs 曲线可用二次多项式描述如下:τ=b 0+b 1σs +b 2σ2s (1)142冰 川 冻 土19卷上式可改写成另一种抛物线方程形式:τ=b 0-b 214b 2+b 2(σs +b 12b 2)2(2)由抛物线的性质可得方程组:b 0=τ0 (当σs =0时)b 12b 2=-σm ,s b 0-b 214b 2=τm (当σs =σm ,s 时)(3)式(3)中:τm 为τ-σs 曲线上的最大抗剪强度(M Pa );σm ,s 为出现τm 时的静有效正应力(M Pa )。
两值即抛物线顶点坐标(图3)。
图3 抛物线包络线解析图Fig .3Anal ytic sketch for parabolic envelope 结合τ-σs 曲线的物理意义,τ0=C 0(C 0为σs =0时的初始动粘聚力,M Pa )。
下面探讨中,暂且令围压增长过程中动粘聚力C 保持定值,恒等于C 0。
解方程组(3)得:b 0=C 0(4)b 1=2(τm -C 0)σm ,s (5)b 2=-τm -C 0σ2m ,s(6)式(4)、(5)和(6)代入式(1)得τ=C 0+2τm -C 0σm ,s σs -τm -C 0σ2m ,s σ2s (7a )按图3式(7a )可写成τ=C 0+2tg φm σs -tg φm σ2s σm ,s (7b )或式(4),(5),(6)代入式(2)得τ=τm -τm -C 0σ2m ,s(σs -σm ,s )2(8a )τ=τm -tg φm σm ,s (σs -σm ,s )2(8b )1432期沈忠言等:冻结粉土的动强度特性及其破坏准则 对式(7a )或式(8a )求导,可得冻结粉土在任意σs 时抗剪强度τ因动内摩擦因子作用引起的变化率tg α的动态变化:tg α=τ′=2τm -C 0σm ,s (1-σs σm ,s )(9a )或tg α=2tg φm (1-σs σm ,s)(9b )当σs =0时,tg α=tg φ0,得tg φ0=2tg φm (10)tg φ0为σs =0时破坏面上的初始动内摩擦系数,φ0为土体初始动内摩擦角。
于是式(7b )、(8b )和(9b )分别为:τ=C 0+σs tg φ0(1-σs 2σm ,s)(7c )τ=τm -tg φ02σm ,s(σs -σm ,s )2(8c )tg α=tg φ0(1-σs σm ,s(9c )式(7c )或式(8c )便是被称作抛物线破坏准则的准则方程的基本形式。
令η=1-σs 2σm ,s (11)则式(7c )简化为τ=C 0+σs tg φ0η(7d )η为某σs 下的动内摩擦系数tg φ对初始动内摩擦系数tg φ0的修正系数,称之为动内摩擦系数折减率。
我们注意到,抛物线上任意点B 至A 点的连线与σs 轴形成的夹角φe 具有如下性质:tg φe =τ-C 0σs =tg φ0(1-σs 2σm ,s )=tg φ0η(12)同时我们还注意到,静有效正应力自0增长到σs ,其抗剪强度τ由内摩擦因子作用而引起的平均增长率为1σs ∫σs 0 tg αd σs =tg φ0(1-σs 2σm ,s )=tg φ0η=tg φe (13)可见,tg φe 的物理意义为,静有效正应力自0增长到σs 时冻土由内摩擦因子作用引起抗剪强度τ提高的平均增长率。
我们称tg φe 为平均动内摩擦系数,或当量动内摩擦系数,φe 角为当量动内摩擦角。
由式(12)可知,当量动内摩擦系数tg φe 和当量动内摩擦角φe 随着σs 增长而逐渐递减。
tg φm 恰是抗剪强度τ达到峰值时的当量动内摩擦系144冰 川 冻 土19卷数,据式(10),它等于σs =0时的初始动内摩擦系数的一半。
于是式(7d )可进一步改写为τ=C 0+σs tg φe (7e )当τ-σs 呈线性变化时,σm ,s ※∞,η=1,则τ=C 0+σs tg φ0,即通常的库仑定律线性准则。
图4 冻结粉土动粘聚力与应变速率、振频的关系Fig .4Dynamic cohes ion of frozen silt changing w ith strain rate andfrequency图5 ﹒ε=1.667×10-5s -1时和f =5Hz 时的C 0,φ0,σm 和τm 值Fig .5Values of C 0,φ0,σm and τm when ﹒ε=1.667×10-5s -1and f =5Hz 方程(7d )和(7e )以tg φe =tg φ0η的变换形式,使抛物线破坏准则与摩尔-库仑线性破坏准则两者在形式上得到统一。
图4为由-5℃试验资料所得,显示不同应变速率、不同振频时冻结粉土的C 0值。
图意说明,振频加大,C 0值略有下降,影响甚微,按平均数取值不会造成不可容许的误差;但应变速率﹒ε对C 0值的影响十分显著,C 0随﹒ε呈幂函数增长。
图4b 中,实线1452期沈忠言等:冻结粉土的动强度特性及其破坏准则图6 当量动内摩擦角φe 诺模图Fig .6Nomograph of equivaluent internal friction angle φe 图7 φ′e 计算图式Fig .7Nomogram for computing φ′e为全样本拟合线,上、下两条虚线为95.5%几率区间。
图5为﹒ε=1.667×10-5s -1时不同振频的和f =5Hz 时不同应变速率的C 0、φ0、σm 和τm 值。
图5同样表明,振频增大,各值稍有减少,影响很小;应变速率影响明显,对φ0的影响尤为突出。
图6是按式(12)对不同初始动内摩擦角φ0作出的当量动内摩擦角φe 诺模图,当φ0已知时,可根据动内摩擦系数折算率η或应力比σs /σm ,s ,查出不同σs 时的当量动内摩擦角φe 。
3 τ-σs 曲线确定从上面讨论可知,只要获得C 0,φ0,σm 或φ0,σm ,τm 便可确定冻结粉土动强度的破坏包络线形态。