单位文秘网 2021-08-30 09:02:49 点击: 次
摘 要:在连续介质流变理论框架内研究了等效时间与流变速率之间的内在关系。当软土的流变速率仅取决于应力和应变量时,在相同应力和应变状态下简单加荷历史的黏土流变速率等于复杂加荷历史的流变速率,故根据简单加荷历史反算而得的黏土流变速率可用于复杂加荷历史的建模工作,在简单加荷历史下反算黏土流变速率所用的持续时间即是等效时间,在简单加荷历史簇中相同等效时间的应力应变关系线即为等效时间线。根据上述建模思路,获得了软土等效时间线不平行时流变速率与等效时间之间的关系, 建立了等效时间线不平行时黏土的一维流变模型,该流变模型可退化为等效时间线平行时的Yin-Graham一维流变模型。根据室内流变试验确定了模型参数并验证了模型的合理性。
关键词:黏土;流变速率;非平行等效时间线;流变模型
中图分类号:TU411.3 文献标志码:A 文章编号:1674-4764(2012)02-0032-07
A 1-D Nonparallel Equivalent-time-lines Rheological Model for Clay
HU Ya-yuana, b
(a. The Geotechnical Institutes of Zhejiang University; b. Key Laboratory of Soft soils and Geoenvironmental Engineering of
Ministry of Education, Zhejiang University, Hangzhou 310027, P.R.China)
Abstract:The relationship between equivalent time and rheological velocity is studied in the frame of viscous continuum theory. If rheological velocity is only determined by stress and strain, the rheological velocity in the simple loading history is equal to that in the complex loading history when they have the same stress and the same strain. Then the rheological velocity re-calculated in the simple loading history can be used to establish the model in the complex loading history. The lasting time used to re-calculate rheological velocity in the simple loading history is called the equivalent time, and the stress-strain relationship at the same equivalent time in the set of simple loading histories is called the equivalent time line. According to the above idea for formulating model, the relationship between equivalent time and rheological velocity is established for clay with nonparallel equivalent time lines, and a nonparallel equivalent-time-lines rheological model for clay is achieved. This model can be degenerated into Yin-Grahams 1-D rheological model when equivalent-time-lines are parallel to each other. The parameters of model are determined by trial data and the model is further verified to be valid from laboratory test for clay.
Key words:clay; rheological velocity; non-parallel equivalent-time-lines; rheological model
软土的受荷变形特性研究是岩土工程领域的主要研究课题之一,许多岩土力学专家对此进行了深入分析[1-10]。张先伟和王常明[1]、薛新华和张我华[2]研究了软土的结构损伤特性。Crawford根据压缩流变试验绘制了正常固结土不同历时的e-lgp曲线[4],Bjerrum建立了黏土流变的等时间线模型[5];Lerouel等提出了一维等应变率模型[6]。Yin & Graham[7],Yin等[8]建立了一维等效时间线流变模型,即Yin-Graham弹黏塑性模型(Elastic visco-plastic model,简称 EVP model)。胡亚元依据超塑性理论(也称岩土耗散本构理论)论证了Yin-Graham一维等效时间线模型本质上是准塑性的黏弹性模型[12]。余湘娟和殷宗泽整理黏土蠕变试验结果后发现[13-14],荷载对正常固结土的次固结系数有明显影响,正常固结土不同等效时间线之间一般为不平行直线。然而,殷建华和Graham在建立一维等效时间线流变模型时,假定不同等效时间线为相互平行的直线[7-8]。显然,殷建华和Graham一维等效时间线流变模型无法反映不平行等效时间线的流变性质,对于等效时间线不平行时的一维流变模型,据笔者所知,文献还未报导,有必要对其进行研究。
笔者首先在连续介质流变理论框架下进一步分析殷建华和Graham所提出的等效时间的物理内涵,建立等效时间与不可逆流变速率之间的数学物理关系,揭示等效时间本构模型的建模思路是采用根据简单加荷历史求得的流变速率去建立能适应复杂加荷历史的流变模型,从而把殷建华和Graham所提出的等效时间的物理内涵统一在连续介质流变理论的框架之内。然后根据等效时间线不平行时的性质以及等效时间与流变速率之间的关系获得等效时间线不平行时流变速率的计算公式,进而获得等效时间线不平行时黏土的一维流变微分本构方程。文后算例把非平行等效时间线流变本构模型在骤然施加恒载条件下所获得的理论结果与室内试验数据[13]进行了对比,结果表明两者较吻合,说明本文的流变模型是合理的。
1 流变速率与等效时间之间的关系分析
建立等效时间流变模型,首先需要在连续介质的框架内确定流变速率与等效时间物理内涵的内在联系。借鉴殷建华和Graham的研究成果,本文也采用弹簧和黏性均为非线性的Maxswell黏弹性力学元件来模拟黏土的一维流变性质[7]。Maxswell黏弹性力学元件图为:
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