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冻土蠕变模型在ABAQUS中的二次开发曹伟;李文静;张红芬;杜萌洲【摘要】为了使广义西原模型可以描述冻土的各个变形阶段,用非线性牛顿体替代线性牛顿体进行改进,采用类比的方法将冻土单轴应力状态下的本构方程推广到三维状态;在ABAQUS中利用二次开发平台,编写了改进广义西原模型的UMAT子程序,并在单轴、三轴蠕变条件下进行检验.单轴蠕变的数值解与解析解计算结果十分吻合,两淮地区深部冻结粘土三轴蠕变试验模拟值与实验值相符.表明改进的广义西原模型可以很好地描述冻土蠕变变形特征,包括加速蠕变阶段,UMAT子程序可以用于冻结法施工工程数值模拟.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2019(016)001【总页数】7页(P63-69)【关键词】广义西原模型;ABAQUS;UMAT;蠕变变形【作者】曹伟;李文静;张红芬;杜萌洲【作者单位】华北科技学院建筑工程学院,北京东燕郊065201;燕京理工学院建筑学院,北京东燕郊065201;华北科技学院建筑工程学院,北京东燕郊065201;中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司广东惠州516001【正文语种】中文【中图分类】TU4450 引言随着人们对资源的需求急剧增加及冻结法凿井施工技术的日益推广，冻结凿井的深度也越来越大。
冻土中同时有着冰和未冻水，在恒定载荷下冻土发生蠕变，高应力存在会加速蠕变阶段，使冻结管断裂，造成经济损失。
常用的粘弹塑性流变模型有伯格斯模型、Kelvin模型、Bingham模型、西原模型及广义西原模型等。
其中，西原模型和广义西原模型应用较广。
传统的流变模型认为粘滞系数是不变的常数，冻土蠕变的非线性特征、冻土的加速蠕变阶段都不能很好被反映出来，并且与冻土在高应力下实际的蠕变变形相差甚大。
理想的冻土本构模型应考虑时间和应力水平的影响，能较好描述冻土加速蠕变阶段在内的整个流变过程。
因此，对现有流变模型进行改进具有重要的理论意义与工程应用价值[1,2]。
三轴搅拌桩加固淤泥质粉质粘土的质量控制摘要：三轴搅拌桩在加固灰色淤泥质粉质粘土夹粘质粉土施工中，质量控制重点在于土体与水泥浆液充分进行搅拌和保证加固土体的水泥掺量。
关键词：三轴搅拌桩加固淤泥质粉质粘土夹粘质粉土搅拌一、工程概括金泽水库位于上海市西南，青浦区金泽镇太浦河北岸、水库总库容910万m3，其中应急备用库容525万m3。
工程主要包括取水闸、引水河、水库、环库河及相关附属建筑物、输水泵站及管理区等。
金泽水库工程主体施工内容包括李家荡和乌家荡库区、水库堤坝、导流潜堤、挡水坎、导流堤及范围内的环库河、码头、取样及观测栈桥、水文水质测亭等建筑物。
其中水库堤坝高程5.24m，堤坝总长约3150m。
根据地质勘探分析金泽水库地基土的构成与分布特征为：第①1 层素填土、第①2 层浜土、第③层灰色淤泥质粉质粘土夹粘质粉土、第⑥1 层暗绿色粉质粘土、第⑥2 层灰色砂质粉土、第⑥3-1 层灰色粉质粘土。
其中第③层灰色淤泥质粉质粘土夹粘质粉土构成为少量的云母屑，夹薄层状粘质粉土、土质不均，流塑状态，高压缩性，平均比贯入阻力 Ps=0.32MPa，为不良的软弱土层，需进行处理并达到设计承载力后，再进行堤坝填筑和碾压。
又因为第③层灰色淤泥质粉质粘土夹粘质粉土层面标高约 3.76～0.14m，厚约 1.75m，无法进行换填处理，所以采用三轴搅拌桩进行基础加固是较为合理、经济的方案。
金泽水库堤基处理施工中三轴搅拌桩的桩位布置如下图：二、三轴搅拌桩施工工艺三轴搅拌桩属于水泥土搅拌法施工工艺，其原理是利用水泥作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量。
水泥土搅拌法适用于加固加固淤泥、淤泥质土、素填土、黏性土（软塑、可塑）、粉土（稍密、中密）、粉细砂（稍密、中密）、中粗沙（松散、稍密）、饱和黄土等图层。
三、三轴搅拌桩加固淤泥质粉质粘土工况分析与质量控制金泽水库工程三轴搅拌桩地基处理设计参数为水泥选用普通硅酸盐水泥，强度等级42.5，搅拌桩水泥掺量15%，桩身无侧限抗压强度不小于1.5Mpa，第③层土地基承载力达到80kPa以上。
三轴蠕变试验
（原创版）
目录
1.三轴蠕变试验的定义和目的
2.三轴蠕变试验的设备和试验过程
3.三轴蠕变试验的数据处理和结果分析
4.三轴蠕变试验的应用领域
正文
三轴蠕变试验是一种材料力学性能测试方法，主要用来测定材料在长时间的加载作用下的变形特性。
这种试验对于分析材料的蠕变行为，了解材料的长期性能和结构稳定性具有重要意义。
试验设备主要包括试验机、加载设备、测量设备等。
试验过程中，首先将待测材料制成规定尺寸的试样，然后将试样放置在试验机上，施加恒定的载荷，使试样在三轴向受力，且受力大小按一定的时间变化规律进行变化。
试验过程中，通过测量设备实时记录试样的变形情况，从而得到材料在长时间加载下的变形数据。
试验数据处理和结果分析主要包括两个方面：一是对试验数据进行处理，得到材料蠕变曲线；二是根据蠕变曲线进行结果分析，得到材料的蠕变性能参数，如蠕变速率、蠕变应力等。
三轴蠕变试验广泛应用于土木工程、航空航天、核工业等领域。
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劲性复合桩在宁波软土地基深基坑支护体系中的应用【摘要】宁波地区是典型的沿海软土地基，基坑开挖范围内的土层中淤泥质土埋深浅、厚度大、土性差，对深基坑施工带来较大难度，宁波范围内地下室开挖施工的工程项目也经常会有基坑险情发生。
在各类深基坑支护体系中，宁波市常用的支护体系一般均为钻孔灌注支护桩加水泥搅拌止水桩加钢筋混凝土支撑，其中钻孔灌注桩施工工艺复杂、质量控制难、对环境影响大、经济效益差。
本文提出采用水泥搅拌桩、PHC管桩组成劲性复合桩型作为基坑支护桩，从而避免单一桩型的缺点，综合了各自的优点，质量可靠、施工方便、造价较低，且对周围环境影响小，性价比高，因此在软土地基支护体系中有着较大的应用前景。
【关键词】支护桩；劲性复合桩；软土地基。
一、劲性复合桩的应用环境宁波地区是典型的沿海软土地基，在建设工程中，基坑开挖范围内的土层中淤泥质土埋深浅、厚度大、土性差，对深基坑施工带来较大难度，宁波范围内地下室开挖施工的工程项目也经常会有基坑险情发生。
在各类深基坑支护体系中，宁波市常用的支护体系一般均为混凝土钻孔灌注支护桩加水泥搅拌止水桩加钢筋混凝土支撑。
其中混凝土钻孔灌注桩施工工艺较为复杂且容易发生施工质量事故：如钻孔和泥浆护壁工序存在斜孔、弯孔、缩颈、塌孔、地面沉陷等风险；清孔工序需两次，沉渣清除不易保证；钢筋笼焊点多且在运输至桩位和下放的过程中常发生脱焊状况；水下混凝土浇捣工序中导管卡死、混凝土无法连续浇捣、充盈不足、充盈过多等情况也时有发生。
施工过程中施工场地基本都是脏乱差，产生的泥浆也对环境造成一定影响。
鉴于混凝土钻孔灌注桩质量控制难、环境影响大、经济效益差的各类缺点，完全有需要寻找合适的代替桩型。
目前劲性复合桩在江苏等地区应用较多，由于其中的水泥搅拌桩与淤泥、淤泥质黏土等软弱地基土层结合效果较好，因此更多地应用在了沿海等适用于摩擦桩的地区。
因此本文提出采用水泥搅拌桩、PHC管桩组成劲性复合桩型作为基坑支护桩，替代部分钻孔灌注支护桩加水泥搅拌止水桩，从而避免单一桩型的缺点，综合了各自的优点，质量可靠、施工方便、造价较低，且对周围环境影响小，性价比高。
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。
宁波地区软土宁波地区概况:宁波地区位于浙江省东部，杭州湾南岸，濒临东海，总面积17 00 k m 2。
主要由山区、河谷和平原三部分组成，地势西高东低、南高北低，山区山峰海拔 10 0- 6 00 m ，平原海拔 2- 4 m。
来自西北的余姚江和来自西南的奉化江在宁波市区三江口汇集成甬江，向东北经镇海流入东海。
图1. 宁波地区地理图宁波海相软土地质成因(沉积年代):宁波位于杭州湾口南侧，海岸线占浙江全省海岸线的三分之一，宁波境内有两湾一港，即三门湾、杭州湾、象山港。
在漫长复杂的地质历史中，宁波地区经历了不同的地质时期的构造运动，自下而上形成了由古老基底、火山岩盖房和松散堆积物表面组成的地壳中上部，以及宁波一庆元北东向大断裂、镇海一温州北东向大断裂、余姚一五乡北西向隐伏断层和昌化一普陀东西向断层组成的断裂系统。
自第四纪中期开始，在多次海陆变迁历史中，堆积了一套由陆相到海陆交互相的松散沉积物，在市区厚约 90m~100m，构成海陆交错及海积黏性土超复沉积模式。
宁波的地理位置(东海之滨，杭州湾南岸，甬江、姚江和奉化江三江交汇口)和软土地质成因(自第四纪中期开始，在多次海陆变迁历史中，堆积的一套由陆相到海陆交互相的松散沉积物，成因有海积、冲海积、滨海沼泽相沉积)造成宁波软土具有典型的海绵结构和层理结构。
物质来源(成分):宁波软土成因主要为滨海相沉积物,宁波软土主要是淤泥质粉质粘土与淤泥质粘土，软土中主要含粘粒和粉粒,土中矿物成分主要为伊利石,另含少量的高岭石、绿泥石和伊蒙混层,土体微观结构主要为海绵结构和层理结构,这些因素的影响从内因上决定了宁波软土工程特性与其它软土地区的差异.即由于粘粒多，且含有机质，结合水膜较厚，颗粒间联接力弱。
从而使宁波地区软土具有压缩性大、灵敏度高、透水性差、固结慢等特点。
-------------------------------------------------------------------------------------------------------宁波软土工程特性/沉积物基本特征:典型的软土厚度大于25m，颜色为灰色或深灰色，软塑~流塑状态。
宁波地区城市道路软基处理方法与分析（隧道股份上海城建市政工程（集团）有限公司，上海，200000）【摘要】影响道路质量最重要的因素之一就是基底处理不符合要求，软弱基底对于道路的质量会产生直接的影响。
本文结合宁波地区城市道路软基的概况，对软基工程做了分析计算，并探讨了宁波地区城市道路软基处理方法。
【关键词】宁波；城市道路；软基；沉降；搅拌桩一、宁波地区岩土概况宁波地区地处东南沿海，属海相沉积平原类型。
在地层表面厚约1.0 m的地表“硬壳层”以下，广泛分布着厚层的淤泥质软土。
该软土层具有饱和、流变性、含水性强、压缩量大、地基承载力低、渗透性差等特点，以至于该地区现状道路普遍存在路面不均匀沉降、平整度差、“桥头跳车” 等现象。
本工程岩土层分布及岩性特征为①0填土（mQ3 4）；①1粘土（mQ3 4）；①2a层：泥炭质土（mQ3 4）；①2层：淤泥质粘土（mQ3 4）；②1层：粘土（mQ2 4）；②2层：淤泥质粘土（mQ2 4）；②3层：淤泥质粉质粘土（mQ2 4）；③1层：粉质粘土（al-mQ1 4）；③2层：淤泥质粘土（mQ1 4）；③3层：粘土（mQ1 4）；④1-1层：粉质粘土（al-lQ2 3）；④1-2层：砂质粉土（al-lQ2 3）；④1a层：粉砂（al-lQ2 3）；④2层：粉质粘土（mQ2 3）；④2a层：黏质粉土（mQ2 3）；④3层：黏质粉土（al-mQ2 3）；④4层圆砾（al-plQ2 3）；④4a层细砂（alQ2 3）；⑤1层：粉质粘土（al-lQ2 3）；⑤1a 层：细砂（alQ2 3）；⑥1层：粉质粘土（al-lQ1 3）。
二、软基工程计算分析根据岩土工程勘察报告（详勘）提供的地质参数资料，对不同的填土高度进行沉降预估计算。
计算结果绘制成的沉降曲线见下图。
曲线表明，在一定填土高度的路堤荷载下，软土层将会发生较大的沉降。
采用当地常用筑路材料宕渣填筑，在填土高度2.5m时，总沉降约57cm；填土高度3.5m时，最大地基总沉降将达85cm。
三轴蠕变试验
三轴蠕变试验是一种用来研究材料在静态载荷作用下发生蠕变变形的一种试验方法。
其主要原理是将试样加在三个垂直方向上施加不同的轴向载荷，并加以恒压载荷作用，通过测量试样在不同应力下的变形，来研究材料的蠕变性能。
三轴蠕变试验的主要设备是三轴蠕变仪，它由三个垂直方向上的油缸和一个位移测量系统组成。
试样放置在试验仪中央的压力室中，通过对油缸施加不同的轴向力，并加以固定的背压力，可以实现在不同应力水平下进行蠕变试验。
在试验过程中，首先给试样施加一个初始应力，然后保持该应力一段时间，使试样达到稳定状态。
随后，施加更高的应力，并同样保持一段时间。
通过测量试样的位移，可以得到材料在不同应力下的蠕变变形曲线，并据此进行蠕变性能的研究。
三轴蠕变试验可以广泛应用于土木工程、岩土工程等领域，用于研究土壤、岩石等材料在长期静态荷载作用下的变形特性，为工程设计和建设提供重要参考。
