考虑温度影响的软黏土应力路径特性研究

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近年来,随着地热开发、核废料地下填埋、供热管道等工程的兴起,使得温度对岩土工程设计与施工的影响变得越来越突出。从上世纪六十年代至今,国内外学者已开展过许多正常固结土的温度效应研究,然而在实际工程中,土体不一定处于正常固结状态且其受荷破坏时并不一定按常规路径发展,为此本文在总结国内外相关研究的基础上,开展了不同温度-应力路径对软黏土力学特性的影响研究,主要内容如下:  (1)选取宁波软黏土开展先加热后剪切、先固结后加热、先剪切后加热三种工况下的温控三轴试验,获得了不同工况下的应力、孔压、有效应力路径等变化规律,随后引入考虑温度影响的修正剑桥模型,从理论角度解释软黏土的温度效应。结果表明:随着温度的升高,软黏土发生热硬化现象且临界状态参数M增大、孔压减小、有效应力路径向总应力路径方向发生偏转。试样完成固结后,在不排水条件下,当偏应力为零时,温度升高会引起试样产生膨胀的竖向应变,且试样不会发生热破坏现象;当偏应力不为零时,温度升高会使试样的孔压增加,导致有效平均应力减小,最终发生热破坏,而此时温度引起压缩的竖向应变。  (2)选取宁波软黏土开展了不同超固结比下的温控三轴试验研究,得到不同温度、不同超固结比下应力、孔压、有效应力路径等曲线的发展规律。结果表明:不同温度下,试样均呈现出较为明显的热硬化现象,随着温度的升高土体破坏时的偏应力增大、孔压减小且有效应力路径发生一定程度的偏转;同一温度下,随着超固结比的提高土体破坏时的偏应力增大、孔压减小、有效应力路径曲线向右发生偏转且在高超固结比条件下试样呈现剪胀趋势。  (3)选取宁波软黏土开展了增p、等p和减p剪切路径下的温控三轴试验,获得了不同温度、不同应力路径下的应力、孔压、有效应力路径等曲线的发展规律。结果表明:温度越高,土体破坏时的偏应力越大,剪切产生的孔压越小,有效应力路径随温度的升高发生一定的偏转;增p、等p、减p剪切路径下获得的剪应力峰值依次递减;增p和等p剪切路径下产生正孔压,而减p剪切路径下产生负孔压,试样呈现剪胀趋势。  (4)基于考虑温度影响的修正剑桥模型,并通过ABAQUS软件中的THM单元与UMAT子程序技术进行二次开发,然后对增p、等p、减p剪切路径进行有限元计算,并将模拟结果与试验结果进行对比分析,为建立更为合理的考虑温度-应力路径影响的本构模型提供参考。
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