滨海软土蠕变特性及蠕变模型

天津沿海地区软土的特性及处理措施
全部作者：
刘年真
第1作者单位：
天津市塘沽区市政工程局
论文摘要：
本文介绍了天津沿海地区的自然地理概况，从研究该地区土体成因及特性出发，指出由于成土历史短，土的固结程度很差；接下来以有关的地质勘探资料为例对土体立体结构特性进行了具体分析；再进1步阐述了沿海地区浅层软土具高压缩性，在建造建筑物及构筑物时应引起重视的观点；最后以上述方面为前提，对软土地基的处理进行了探讨。

关键词：
古贝壳堤；轻亚粘土薄层；地基处理 (浏览全文)
发表日期：
2007年07月16日
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修改稿：。

安徽建筑中图分类号：TU447文献标识码：A文章编号：1007-7359（2023）11-0139-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.11.0501引言近年来随着经济的发展，沿江、沿海、沿湖城市为了寻求经济的进一步发展，开始大量扩地，因此围海、围湖造地成了城市扩地的主要方法。

在此背景之下，大量冲填土被投入围海、围湖造地的工程之中，研究表明[1-4]此类软土具有含水量高、承载能力差等缺点，虽然在工程中会将此类土进行处理后再投入使用，但作为地基使用时土层下部在长期的固结条件下仍然会发生沉降，产生蠕变。

考虑到工程中较长的安全使用年限，因此对软土的蠕变及结构特征进行研究，从根本上了解其受力特征及变形规律，对于保证工程建筑结构的安全运行使用有着重要意义。

不少学者对不同类型的软粘土蠕变特性进行研究，王常明等[5]通过三轴试验发现滨海软土具备非线性蠕变特征，在Singh-Mitchell 模型的基础上提出了双曲线模型，该模型更为简洁且通过试验结果验证了模型的适用性。

谈炎培等[6]基于苏州地铁一号线的软土层，采用三轴及一维蠕变试验并结合S-O 模型对软土力学特性进行有限元模拟，发现该地区软土层具有显著的蠕变特征，并基于该特征计算出了合适的盾构推力。

柳文涛等[7]通过一维压缩蠕变试验与三轴固结不排水试验研究了近代海洋沉积相软土的蠕变规律，发现海相软土的蠕变性质呈现出非线性特征，并且发现随着固结压力的增大次固结系数会出现峰值。

张先伟等[8]通过固结排水与不排水试验，研究了不同偏应力下的蠕变曲线，发现对应力-应变曲线可以采用双曲线形式进行描述。

刘汉龙等[9]借助改进的三轴仪对软土进行真空-堆载预压试验，发现软土的轴向应变与体积应变以及时间的对数呈现出非线性关系，但随着堆载时间的延长，会演变为线性关系。

但现有的研究局限于自然沉积下的软土，且很少考虑到不同应力条件下软土的蠕变及结构特性。

因此本文以南京市建邺区双闸街道住宅楼项目的地下软土为研究对象，通过固结及直剪试验，采用不同荷载及加载方式对软土的蠕变特性进行研究，通过应力、应变与时间三者间的关系，揭示软土在不同应力条件下蠕变的内在机理，为实际相关工程提供一定参考依据。

第20卷 第12期 中 国 水 运 Vol.20 No.12 2020年 12月 China Water Transport December 2020收稿日期：2020-10-13作者简介：李 岩，吉林省水利水电勘测设计研究院。

天津滨海新区软土次固结特性研究李 岩（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130000）摘 要：为更准确的预测天然软土地区地表沉降量，减少工程建设损失及保证生产、生活，需对主要压缩层软土的次固结特性进行研究与分析。

对天津滨海新区软土进行不同压力分别加荷的无侧限变形下的蠕变试验。

结果表明：软土蠕变随竖向应力增大而增大，软土次固结系数在结构屈服应力附近存在峰值，次固结系数具有时效性，经分析得出在t=40t 1时刻后次固结系数趋于稳定。

关键词：软土；蠕变；次固结系数；时效性中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）12-0144-03一、引言软土在工程中被认为是不良土体，含水量一般大于液限，孔隙比大于1，高压缩性且强度低。

根据大量学者研究表明天然土体在竖向压力作用的固结涉及两方面过程，第一阶段为主固结（孔隙水压力的消散引起体积的变化），第二阶段为次固结（由于土体颗粒产生滑移蠕动而引起的体积改变）。

Mesri 等人以海积软土作为研究对象提出了堆载预压能有效减小土的次固结变形。

冯志刚等得出次固结系数受加荷比的影响。

曾玲玲、洪振舜等研究表明次固结系数与结构屈服应力存在较强的相关性。

雷华阳等对人工水泥固化软土进行研究得出，随水泥掺量增加，次固结系数变小。

国内外学者的大量研究表明，软土的次固结特性相对复杂，具有较大的研究意义。

天津的经济快速发展，吹填造陆项目为目前重要进程，这就意味着大量建筑物将以软土为地基。

因此，本文选用天津软土作为研究对象，进行次固结蠕变相关试验，同时进行原状土与重塑土的一维固结试验，结合结构屈服应力对比分析不同固结压力条件下次固结系数的变化规律，及其时效性特征。

蠕变模型参数识别蠕变是材料在长时间作用下逐渐变形的现象，其对工程结构的稳定性和可靠性造成了严重的影响。

为了预测和控制蠕变变形，蠕变模型被广泛应用于材料和结构的设计和分析中。

蠕变模型参数的识别是确定模型与实际蠕变行为之间的关系的关键步骤，其准确性和可靠性直接影响到模型的预测能力和工程设计的安全性。

蠕变模型参数识别的过程通常包括以下几个步骤。

首先，需要选择合适的蠕变模型。

常见的蠕变模型包括经验模型和物理模型。

经验模型基于试验数据拟合得到，而物理模型基于材料的微观结构和变形机制建立。

选择合适的蠕变模型要考虑到材料的特性和实际应用情况。

接下来，需要选择适当的试验数据。

试验数据的选择应该具有代表性，能够全面反映材料的蠕变行为。

通常会选择不同应力水平和温度条件下的试验数据进行参数识别。

在实际应用中，为了节约时间和成本，也可以通过有限元模拟等方法得到虚拟试验数据。

然后，需要建立参数识别的数学模型。

参数识别可以看作是一个优化问题，目标是使模型预测结果与试验数据的差异最小化。

常用的优化方法包括最小二乘法、遗传算法和粒子群算法等。

数学模型的建立要考虑到模型的非线性和多参数特性，以及参数之间的相互关系。

在参数识别的过程中，还需要注意参数的可辨识性和唯一性。

可辨识性是指参数能够通过试验数据来确定，而唯一性是指参数的确定是唯一的。

在实际应用中，由于试验数据的限制和模型的简化，参数的可辨识性和唯一性可能会受到一定的限制。

因此，需要通过合理的试验设计和数学模型的优化来提高参数的可辨识性和唯一性。

需要进行参数识别的验证和验证。

参数识别的结果应该能够准确地预测试验数据，并且具有较好的泛化能力。

验证和验证可以通过对新的试验数据进行预测，以及与其他模型的比较来实现。

如果参数识别的结果与实际蠕变行为存在较大的偏差，就需要重新选择模型和优化方法，或者考虑改进材料的制备和处理工艺。

蠕变模型参数识别是预测和控制蠕变变形的关键步骤。

通过选择合适的模型和试验数据，建立数学模型，并采用合适的优化方法，可以得到准确可靠的参数识别结果。

软粘土蠕变模型有限元参数的评价方法张荣安(天津大学岩土工程研究所, 天津 300072)摘要: 根据土的蠕变问题的外观表现和内在机理, 结合有限元计算方法, 建立了确定有限元模型的参数处理方法并对参 数对计算结果的影响进行了系统的分析, 使得该蠕变有限元模型的应用范围拓宽。

经实际运用, 证明效果良好。

关键词: 蠕变; 软粘土; 有限元; 粘弹塑性 中图分类号: 文献标识码: A文章编号: 100429592 (2004) 0320045204TU 447; O 241. 82引言土的蠕变问题是土力学中的一个新兴的研究方 向。

对土的蠕变问题进行数值分析一般都需要用粘 弹塑性有限元的方法来求解。

而用粘弹塑性有限元 系统来求解蠕变问题的关键问题之一就是如何取参 数的问题。

在实际工程中, 软粘土的蠕变过程能够持 续几十年甚至上百年的时间。

而在实验室中, 由于技 术条件, 时间等各个方面的限制, 根本不可能做出完 全模拟现实条件的实验, 实验室中的实验一般只进 行几个小时或者几天, 进行几个月的实验相当少, 进 行数年的实验更是微乎其微。

因而, 用短时间的实验 数据来外推长时间范围的结果显然就存在着问题, 实际上, 几乎无法解决这一实际的矛盾, 因为要做出 与实际工程同步的实验室是不现实的。

并且, 以不同 的时间比例绘制的曲线容易引起人们的错觉, 把本 来衰减的蠕变误认为是非衰减蠕变, 因而实验数据 的处理变得相当的重要。

1 图 1 常应力下的蠕变变形主要特征来模拟材料的蠕变行为。

通过蠕变率的方 式表示出来, 如式 (1) 所示:Εαc r = A ΡB ΕC t D上式中, A 、B 、C 、D (1)是从实验中得到的材料常 数, 常数本身也可能是应力、应变、时间或者是温度 等的函数, 这个方程即为粘弹塑性有限元的蠕变状 态方程。

上式中, 当常数 D 为负值时, 蠕应变率随时间 蠕变问题的计算机理蠕变现象一般可以分为三个阶段, 即初始蠕变 阶段、等速蠕变阶段和破坏阶段, 如图 1 所示。

与应力相关的软土蠕变本构模型的建立和应用袁宇;刘润;邱长林;谭儒蛟【摘要】天津滨海地区软土层深厚且沉积时间短,故蠕变特性显著,修建于其上的各类型建筑物沉降历时时间长,准确预测地基的最终沉降量成为工程设计的难题.针对天津滨海软土开展了一系列三轴固结蠕变试验,得到了不同围压与应力水平下的应变-时间曲线.提出了与围压和应力水平相关联的Merchant模型参数的确定方法,揭示了模型中3个参数在相同围压下随着应力水平的增大而近似呈线性减小的规律.以此为基础,建立了反映时间效应的天津滨海软土三维非线性黏弹性蠕变本构模型,开发了有限元子程序.与实际工程的观测资料对比表明,该蠕变模型能有效模拟不同施工阶段路堤沉降量的非线性发展过程与沉降速率的变化规律.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2018(051)007【总页数】9页(P711-719)【关键词】滨海软土;蠕变;二次开发;本构模型;路基沉降【作者】袁宇;刘润;邱长林;谭儒蛟【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津市市政工程设计研究院,天津300051【正文语种】中文【中图分类】TU411天津滨海新区濒临渤海，属淤积型海退平原泥质海岸带，区域内广泛分布着海相沉积淤泥和淤泥质黏性土等构成的深厚软土层．软黏土具有含水量高、渗透性低、压缩性高、灵敏度高、变形大且持续时间长等特点，这些物理力学性质使得软土具有明显的蠕变变形特性．软土蠕变变形将会引起建筑物的长期沉降，成为软土地基上建筑物安全稳定的隐患．因此，软土蠕变问题的研究是岩土工程的热点问题．已有的研究成果揭示了土体发生蠕变变形的机理并构建了大量可以描述土体蠕变特性的本构模型．Taylor和Merchant[1]首先在固结分析中考虑了土体的流变性质，提出了采用Kelvin模型来模拟骨架的变形；随后Gibson[2]采用三元件模型(即Merchant模型)模拟土的流变特性，对一维流变固结问题进行了深入的研究；陈宗基[3]对软土固结过程中的次时间效应进行了研究，提出了陈宗基模型．对于非线性土体流变问题，Barden[4]首先考虑了流变非线性并将其引入固结分析，采用非线性的Kelvin模型来模拟土的非线性流变特性．陈晓平和白世伟[5]以Duncan 模型中的变弹性模量来改变三元件模型中Hook体弹性模量，以此来修正原有的Merchant模型．在理论研究的基础上开展有针对性的实验研究，构建区域性软土蠕变模型是软土蠕变研究的重要方法．卢萍珍等[6]针对公路路基软土开展了三轴固结不排水蠕变试验，得出了应力-应变关系的幂函数与应变-时间关系的双曲线蠕变方程；闫澍旺等[7]开展了滨海新区软黏土大直径原状试样蠕变试验，建立了无屈服面蠕变模型；王元战等[8]通过三轴蠕变试验拟合了Merchant模型中的3个参数，给出了模型中弹性模量Eh随主应力差增大呈线性变化的规律；Sivasithamparam等[9]基于室内蠕变试验提出了一种新的各向异性的黏土流变本构模型，该模型没有纯粹的弹性范围，模型待测参数可通过三轴蠕变试验和常规物性试验获得，计算结果表明土体各向异性变化会导致沉降量计算偏大．综上所述，现有的蠕变本构模型大部分较为复杂，不便于在工程中应用，对相对简单的元件模型缺乏围压和应力水平对模型参数的影响研究．本文通过室内蠕变试验分析了不同围压和应力水平下非线性黏弹性蠕变模型中相关参数的变化规律，改进了原有的Merchant模型，并通过有限元二次开发进行了模型验证和具体工程计算．三轴固结不排水蠕变试验用土取自天津临港工业区．测定了试验软土的常规物理力学指标，如表1所示．三轴蠕变试验选用TSS10型土体三轴蠕变试验机(如图1所示)，采用分级加载的方式进行试验，其中加载等级根据围压来确定，具体的加载方案如表2所示．试验主要分为3个步骤：首先让试样在仪器的压力室中进行反压饱和；而后对试样施加围压进行固结，固结时间24,h；待固结完成后对试样施加竖向偏应力，并定时读取竖向应变值，根据规范规定当土体连续48,h内变形量小于0.01,mm时，进行下一级加载试验[8]．为了尽量使试样保持相同的试验条件，此次试验采用单试样分级加载方法．图2为不同围压条件下的分级蠕变曲线．从图2中可以看出，瞬时弹性变形的大小与瞬时施加的偏应力和前期固结压力有关，同一围压下瞬时偏应力越大，则瞬时弹性变形越大．在同一围压下，第1级荷载下应变随时间的增加很快便趋于稳定，蠕变变形表现出衰减稳定的特性．随着偏应力增加，土体蠕变变形的应变增大，曲线的斜率(蠕变率)开始增加，且应变趋于稳定的时间也有所增加．不同围压和不同偏应力下的土体蠕变变形值不同，土体所受的偏应力和围压均影响最终的蠕变变形值．进一步研究土体的蠕变特性，绘制土体在不同围压下等时应力-应变曲线，如图3所示．由图3可以看出，不同时刻的应力-应变曲线均为曲线，两者之间并非单纯的线性增加的关系，这体现出了软土应力-应变关系的明显非线性特征，原本模量为常数的元件模型将不再适用，需采用变模量的模型进行描述．应变的具体数值与围压和加载等级有关．＝50,kPa条件下由于偏应力较小，蠕变的现象并不明显，因此曲线之间的密集程度较大．当偏应力与围压的比值增大时，蠕变的现象越发明显，在试验的前期阶段曲线之间分离程度较大．随着时间的增加，曲线之间变得越来越密集，且朝着平行于应变轴的方向发展．这说明土体的非线性与加载时间有关，随着加载时间的增加，非线性越明显[8]．从上述分析中可以判断天津滨海地区软土蠕变变形模式是衰减稳定的，因此可采取描述衰减稳定蠕变的Merchant模型对应力不变条件下软土的蠕变过程进行模拟．图4为Merchant模型示意，由一个Hook体和一个Kelvin体串联而成．为了更准确地研究土体的蠕变规律，采取“陈氏法”对分级加载的试验数据进行处理．Merchant模型在恒定应力下的蠕变方程为式中：为Hook的弹性模量；为Kelvin体的弹性模量；为Kelvin体的黏滞系数．决定了蠕变曲线的瞬时弹性变形量，决定了蠕变曲线中随时间增长的蠕变变形量，两者共同决定了蠕变的最终稳定值；决定了蠕变值趋于稳定所需要的时间．其中，和越大，产生的变形量就越小，越小，蠕变值趋于稳定所需的时间就越长．采用Matlab中自带的nlinfit的非线性拟合方法对用“陈氏法”处理得到的试样单独在不同剪应力条件下的应变-时间曲线进行拟合，可以得到不同围压和偏应力下模型中、和的值，通过分析可得到3个参数随围压和偏应力的变化规律．图5给出了不同围压下的分别加载曲线和用Matlab进行拟合的曲线．由图5可以明显看出，拟合数据和试验数据存在很好的一致性，其相关系数ρ均在0.985以上．围压相同时，随着偏应力的增大，土体的蠕变稳定值增大，蠕变达到稳定时所需的时间也越长．当偏应力均为40,kPa时，围压为50,kPa的弹性应变约为0.07，蠕变稳定应变约为0.076，围压为100,kPa的瞬时弹性应变约为0.005，蠕变稳定应变为0.013左右．当偏应力均为80,kPa时，围压为100,kPa 的瞬时弹性应变约为0.095，蠕变稳定应变约为0.138，围压为200,kPa的瞬时弹性应变约为0.055，蠕变稳定应变为0.027左右．因此可以看出，偏应力相同、围压不同时，土体的瞬时弹性应变和最终蠕变稳定应变随着围压的增大而减小．目前对不同围压以及应力水平下Merchant三元件模型中、和的定量变化规律研究较少. Duncan[10]指出这3个参数对于某种特定的土而言是随着土体应力状态的改变而改变的．因此基于试验数据和上述分析，提出了不同围压和应力水平下获得3个参数的经验公式，其中与可用相同形式的式(2)进行计算．式(2)与(3)是根据弹性模量和黏滞系数的无量纲的分析，并参考了Duncan-Zhang模型中弹性模量的具体表达形式，结合不同围压和应力水平下拟合出来的试验数据规律进行推导得出．式中：、为无量纲模量系数；、为无量纲的模量指数；为大气压力或称为参考压力；为单位时间内大气压力或参考压力的作用值．对于式(2)和式(3)而言，由于不同土的力学性质差别巨大，公式中的模量指数m和n需要通过试验确定．此次试验通过在不同围压和应力水平下拟合出、和值，带入式(2)和(3)中可得3个参数的经验公式，如式(4)～(6)所示．为了验证式(4)～(6)的准确性，给出不同围压下3个参数的试验值和公式拟合值之间的对比情况，如图6所示．由图6可知，同一围压下3参数的试验值均随的增加呈线性减小的趋势，并随围压的增大而增大，这与公式的形式相一致．仅围压150,kPa时第1级加载下的值、围压50,kPa时第3级加载下的值、围压100,kPa时的值误差相对较大，其余参数的拟合情况均较好．由于3参数均随剪应力的增大而减小，为避免出现负值，因此需对各参数设置一个下限值，下限值为试验拟合结果中最小值的1%,．针对此试验而言，、和的下限值分别为0.008,5,MPa、0.010,2,MPa和0.041,9,MPa·h．根据不同围压及应力水平下E0、E1和η1的计算公式，可对原有的Merchant模型元件理论(线性理论)进行改进．将模型理论元件中的E0、E1和η1改为与围压与应力水平有关的非线性元件，将建立的3参数计算式(4)～(6)与带入Merchant一维模型的本构方程，并将其扩展到三维的情况(由广义虎克定律可得)，可得到改进后的非线性黏弹性Merchant三维模型本构方程，如式(7)所示．式中：为第n步的总应变；为第n步Hook体的瞬时弹性应变；为第n步Kelvin 体的黏弹性应变；为Kelvin体黏弹性应变速率；、和分别为第n步的总应力、Hook体和Kelvin体的应力；为泊松比．为了将改进后的Merchant三维本构模型通过有限元中的子程序实现，需推导改进后Merchant模型增量形式的应力-应变关系，即式中：为第n步的计算步长；q为差分系数，取0.5时为中心差分格式．结合式(7)～(9)，可得式中对当前增量步，有式(16)所示即为雅可比矩阵．对于上述所推导的非线性蠕变本构模型，在有限元的迭代计算中需采取合适的数值计算方法，程序中采用基本增量法这一工程计算中推荐的方法[11]．对围压＝100,kPa和偏应力＝40,kPa的三轴蠕变试验结果运用一个有限元单元进行验证，将有限元子程序计算值和公式计算值与三轴蠕变试验值进行对比．模型的验证内容主要是时间-应变曲线．计算式如式(17)～(19)所示．具体的计算结果对比见图7．总应变瞬时弹性阶段应变蠕变阶段应变式中：为前期固结压力，取100,kPa；为最大轴压，取140,kPa．可以看出有限元计算结果、公式计算结果和试验值的瞬时弹性应变基本相同，计算的误差主要体现在蠕变阶段，误差范围小于10%,，可以满足实际工程的计算要求．天津市滨海新区某道路工程[12]，全长24,km，宽30,m．沿线的主要地形为耕地、土坑和坑塘．选取典型道路断面K13＋920进行沉降变形分析．该断面填土高度5.5,m，土层物理力学指标如表3所示．根据上述工程的实际情况，建立三维有限元模型进行沉降分析．工程实施中，路基的填土部分经过排水板和压实处理，变形模量远大于地基土，蠕变变形可忽略不计．在有限元计算中，将填土作为均布荷载施加在天然地基上．由于路基断面具有对称性，荷载施加宽度为路基的一半(15,m)，总的计算宽度取为90,m，地基采用C3,D8实体单元．右侧边界约束水平x方向位移，前后边界约束y方向位移，底部边界约束z方向位移，有限元模型如图8所示．根据实际工程地质资料，确定式(2)和式(3)中的相关参数[12]．施工填土在150,d左右完成，施工期间，填土的高度变化基本呈线性增加，填土的重度取20,kN/m3，因此计算时将填土荷载简化为随时间线性增加．施工完成后，填土的最终高度约5.5,m，填土高度变化如图9所示．数值计算的3个分析步包括地应力平衡、填土堆载以及施工完成后300,d左右的蠕变．计算结果包括计算地基随施工填土高度变化(施工过程)以及施工完成后近280,d的沉降量，得到施工刚结束后和施工结束后280,d的竖向位移云图，如图10所示．在填土完成后，地基中点表面附近产生了较为明显的沉降，以中点的沉降量最大，随着与中点距离的增大，沉降量逐渐减小．在施工完成后，土体上部荷载不再变化，地基仍然产生了明显的竖向沉降．为了进一步分析地基沉降的发展过程，绘制地基中点的沉降量随时间变化曲线，如图11所示，图中同时给出了地基沉降量实测值．由于在施工期间，影响土体沉降的主要参数为Hook体的弹性模量E0，因此图12给出了施工期间E0随填土高度的变化．从图11可以看出，地基中点的沉降量可由两部分组成：一部分为填土过程中的沉降，一部分为填土完成后的沉降．从第1部分的沉降变化曲线可以看出土体的沉降表现出了较为明显的非线性，且随着填土高度的增加，沉降的变化率增大，当填土结束后，路基中点产生了0.6,m左右的沉降量．这点可以从图12中E0的变化情况中得到解释，即随着上部荷载的增加，增加，呈非线性减小的趋势变化，从最初的4.1,MPa减小到3.5,MPa．当上部施工填土结束，地基上部荷载不再变化，沉降速率逐渐减小，沉降量也逐渐趋于稳定．在施工结束后280,d，路基中点的沉降量达到了0.9,m左右，即产生了约0.2,m左右的工后沉降．有限元计算结果比实测值偏小，但最大误差在15%,以内，基本可以认为计算结果是可靠的.本文研究了天津滨海新区软土的蠕变特性，通过三轴蠕变试验建立了改进的Merchant三维蠕变模型，并开发了子程序，通过对实际工程的计算，验证了该模型的准确性，具体结论如下．(1) 天津滨海新区软土的三轴蠕变试验结果表明，该地区土体的蠕变变形模式为衰减稳定型，相同围压下，应力水平越高，土体非线性变形特征越显著.(2) 建立了描述天津滨海新区软土Merchant模型中3个参数与应力水平与围压的经验计算公式，其中E0、E1和η1均随偏应力增大而线性减小，随围压的幂次方增大而增大．将公式计算结果与试验进行对比，结果较为一致．(3) 建立了改进的三维Merchant模型，开发了有限元分析软件，在验证了程序正确性的基础上，计算了实际工程路堤施工期沉降和工后沉降，并与工程实测数据进行对比，结果较为吻合．其中施工期间的沉降速率随填土高度增加，沉降量约为总沉降的75%,；工后280天的沉降速率逐渐减小趋于稳定，沉降量约为总沉降的25%,．【相关文献】［1］ Taylor D W，Merchant W. 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天津滨海新区软土流变固结特性研究天津拥有悠久的围海造陆历史,自1939年塘沽新港始建以来,天津地区相继在沿海及海河沿岸进行了不同规模的围海造陆工程。

近年来随着天津滨海新区大规模的建设和开发,围海造陆已经为了滨海新区开发土地资源的主要途径。

大规模的围海造陆工程形成了大量由软土组成的建筑地基,由于软土的黏粒含量高,有机质含量高,亲水性强,使得地基在排水处理结束后较长时间内仍会产生沉降,也产生了诸如软土地基地面不均匀沉降、较长时间内产生的工后沉降量较大等一系列的实际工程问题。

大量科学研究与工程实践经验均表明,软土的流变性是产生这些问题的主要原因之一。

对于在围海造陆过程中形成的大量由软土组成的地基,这种流变特性产生的影响尤其显著。

软土地基的这种特性,不仅会影响建筑在其上的各种建筑物的结构稳定性和长期使用的安全性,围海造陆工程所形成的软土地基本身也会产生地面沉降开裂、填土标高损失、引发次生地质灾害等一系列严重的工程问题,从而造成巨大的经济损失。

因此,研究围海造陆形成的软土地基中土体的流变固结特性,寻找软土体的应力应变与时间的关系,分析其产生流变的本质机理,成为了目前土体研究和实际工程领域急需解决的问题。

为了解决围海造陆软土地基的流变性状在理论研究实际工程中所产生的问题,研究软土固结流变特性及其本质规律这一重要课题,论文结合国家自然科学基金项目(No.41172236),国家青年自然科学基金资助项目(41402243)和教育部博士点基金项目(20120061110054),以天津滨海新区软土地基作为研究对象,主要做了以下研究工作:根据取样地点的工程地质概况,对天津滨海新区软土的基本物理性质、易溶盐含量、pH值、阳离子交换和粒度分析等特性进行测试,以确定其基本特征,为下一步进行软土次固结试验提供研究基础。

在太沙基一维固结理论的基础上,建立了考虑次固结变形的一维流变固结微分方程。

并利用次固结系数和Singh-Mitchell经验蠕变方程,对一维流变固结微分方程的计算过程和参数进行了简化。

天津滨海软黏土蠕变特性及其经验模型研究王元战;董焱赫【摘要】Based on the indoor triaxial creep tests, the nonlinear creep properties of the remoulded saturated soft clay in coastal area of Tianjin were analyzed. The creep tests were carried out by the step loading method, and the creep curves of the soft clay under different stress states were got by processing the measured data by Mr. Chen′s method. In addition, Singh-Mitchell model and Mesri model were respectively used to fit the test curves which are the stress-strain isochronal curves and strain-time curves. Combining with the fitting results and the creep proper-ties of the coastal clay, a piecewise fitting Mesri model was put forward. In the early stage of the creep, the hyperbol-ic function was taken to describe the stress-strain relationship, and the power function was used to describe the strain-time relationship. In the late stage of the creep, two different kinds of hyperbolic functions were respectively used to matching the stress-strain relationship and the strain-time relationship. The intersection of the fitted curves was taken as the cut-off point. Compared with Singh-Mitchell and Mesri model, this model is more suitable to reflect the attenuation and stable state of the creep characteristics. The test data of two kinds of typical undisturbed clay in Tianjin which are muddy clay and silt clay were taken to verify this model. The fitting results were good. So a non-linear creep model which is suitable for the soft clay in the coastal area of Tianjin is established.%在室内三轴蠕变试验的基础上，分析了天津滨海地区重塑饱和软黏土的非线性蠕变特性。

平潭滨海软土固结蠕变特性及沉降研究目录目录 (I)摘要............................................................................................................................ I V ABSTRACT................................................................................................................. V I 第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 软土流变研究现状 (2)1.2.1 土体流变现象与发展现状 (2)1.2.2 土体流变微观试验研究发展现状 (2)1.2.3 土体流变宏观试验研究发展现状 (3)1.2.4 流变本构模型现状 (4)1.2.5 流变数值模拟研究现状 (7)1.3 软土固结理论研究 (7)1.4 存在的问题 (9)1.5 研究内容 (9)1.6 研究特色 (10)第二章滨海软土一维固结蠕变试验 (11)2.1 试验区概况 (11)2.2 滨海软土物理指标参数 (12)2.3 固结蠕变试验方法 (14)2.3.1 室内试验的加载方式 (14)2.3.2 室内试验步骤 (14)2.3.3 室内试验加载时间 (15)2.4 试验方案 (16)2.5 一维固结蠕变试验结果分析 (16)2.6 本章小结 (22)第三章滨海软土固结蠕变特性 (23)3.1 固结蠕变特性概述 (23)3.1.1 先期固结压力 (23)3.1.2 主次固结阶段划分的标准确定 (24)3.2 次固结系数的确定以及影响因素 (27)3.2.1 次固结系数的确定 (27)3.2.2 加荷比和固结压力与次固结系数的关系 (27)目录3.2.3 压缩指数与次固结系数的关系 (29)3.3 试验分析结论对平潭滨海地区工程建设的建议 (31)3.4 本章小结 (31)第四章固结蠕变数值模型与参数确定 (32)4.1 工后沉降 (32)4.2 ABAQUS有限元软件介绍 (32)4.3 Drucker-Prager模型的介绍 (33)4.3.1 D-P模型的扩展 (34)4.3.2 线性的D-P模型 (34)4.3.3 双曲线模型 (35)4.3.4 指数D-P模型 (36)4.4 固结蠕变模型 (36)4.4.1 蠕变方程 (36)4.4.2 扩展D-P模型与M-C模型参数之间的关系 (38)4.4.3 时间硬化幂函数法则 (38)4.5 扩展Drucker-Prager模型参数确定 (39)4.5.1 参数m值的拟合 (39)4.5.2 参数n值的拟合 (40)4.5.3 参数A值的拟合 (41)4.6 本章小结 (42)第五章深厚软土沉降分析 (43)5.1 有限元模型 (43)5.1.1 几何模型及有限元网格 (43)5.1.2 荷载的加载情况 (43)5.1.3 边界约束与接触面的摩擦 (43)5.1.4 材料计算参数的选取 (44)5.2有限元的计算与分析 (45)5.2.1 计算结果 (45)5.2.2 沉降分析 (45)5.3 模型参数影响分析 (46)5.3.1 参数m值的影响分析 (46)5.3.2 参数n值的影响分析 (48)5.3.3 参数A值的影响分析 (49)5.4 案例计算分析 (50)5.4.1 工程概况 (50)5.4.2 工程地质概况 (51)平潭滨海软土固结蠕变特性及沉降研究5.4.3 有限元模型 (51)5.4.4 结果对比分析 (52)5.5 本章小结 (53)第六章结论及展望 (55)6.1 主要工作与结论 (55)6.2 进一步研究展望 (56)参考文献 (57)致谢 (60)摘要摘要平潭滨海地区软土分布广泛，软土的流变特性容易导致地面沉降开裂和填土标高损失，进而影响上层建筑物的结构稳定及其在长期使用过程中的安全，并由此引发一系列的地质灾害。

软土中结合水与固结、蠕变行为
在软土中，结合水和固结、蠕变行为密切相关。

首先，在软土中存在大量的孔隙水。

当软土的孔隙填满水分时，土体的饱和度达到100%。

水分的存在会导致土体的重力排水
固结，即土壤颗粒间的水分被排除出去，土体变得更加紧密和稳定。

在这个过程中，由于土体重力作用，土体颗粒会更加紧密地堆积在一起，土体的孔隙比例减小，体积变小，土体的固结现象就会发生。

其次，软土在受到外界压力加载时，由于孔隙水的存在，会发生蠕变行为。

蠕变指的是土壤在持续加载下的变形过程。

软土在加载期间，由于孔隙水的流动导致土体颗粒的重新排列，土体的体积会逐渐增大，孔隙比例增加，土体的蠕变现象就会发生。

蠕变是一个缓慢的过程，通常需要较长的时间才能达到平衡状态。

结合水和固结、蠕变行为的研究对于工程建设和土力学设计非常重要。

了解软土中的结合水现象有助于预测土体的固结行为和基础沉降情况，从而合理设计土体的承载能力和稳定性。

同时，对软土的蠕变行为的研究可以为土体工程的时间效应和变形特性提供基础数据，以确保结构的稳定和安全。

因此，在进行软土区工程设计和施工时，必须充分考虑结合水和固结、蠕变行为的影响。

滨海软土剪切蠕变特性研究雷华阳;贾亚芳【摘要】To describe the stability and operation safety of buildings on soft soil area,this article carries out a series of shear creep tests of soft soil in Tianjin littoral area.Different vertical loads and load ratios are adopted in the shear creep instrument.It obtains the relationship of stain and stress and time in different conditions.It analyzes the structural effect and influence factors of the shear creep properties.It then establishes the corresponding constitutive model.The test results show that the shear creep properties of Tianjin littoral soft soil are obviously restricted by stress.The soil turns up attenuation creep and steady creep in low stress and destructive creep in high stress.The stress-strain presents a linear characteristics in lower stress and shows the nonlinear creep characteristics in higher stress.The smaller load ratio can not only reduce the final creep,but also improve the soft soil capacity.The nonlinear creep constitutive equation of Tianjin littoral soft soil is established with the theory of half experience and half theoretical method.The equation has the character of simple to understand,less parameters and strong practical.The model can well fit the Tianjin littoral soft soil creep characteristics through the compared analysis of experimental results and the creep model.%为合理描述软土地区建筑物稳定性和运行安全性,采用剪切蠕变仪,开展了不同竖向荷载以及不同加荷比条件下滨海软土的剪切蠕变试验,获得不同条件下应变与应力和时间的关系,分析其剪切蠕变性状的结构性效应和影响因素,并最终建立了相应的本构方程.试验结果表明:应力大小明显影响天津滨海软土剪切蠕变性状,低应力下只出现衰减蠕变和稳定蠕变,高应力下会产生破坏型蠕变；低应力条件下应力-应变关系呈现出线性特性,高应力下呈现出非线性蠕变特性；采用较小的加荷比不仅可以减少最终蠕变量,还可以使软土承载力提高.根据蠕变曲线形态特征,建议一种指数函数型蠕变模型模拟天津滨海软土的非线性塑性蠕变特性.该模型具有简单易懂,参数较少,实用性较强的特点,通过对比分析,发现此蠕变模型能很好地拟合天津滨海软土的剪切蠕变特性.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2013(021)003【总页数】6页(P416-421)【关键词】软土;剪切蠕变;非线性;指数函数;本构模型【作者】雷华阳;贾亚芳【作者单位】天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384;天津大学土木工程系天津300072;天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072;天津大学土木工程系天津300072【正文语种】中文【中图分类】TU4471 引言沿海地区土层大多属于滨海相沉积的软弱土层，这种软土主要为滨海相沉积的淤泥和淤泥质黏土，一般具有高压缩性、低强度、渗透性差等力学特性，其典型的软土力学特性导致其具有明显的流变特性，这越来越引起各学者的重视。