【正文】 I I I I I I 圖 7 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 剪切和三軸壓縮的蠕變試驗(yàn)結(jié)果均表明：粘土的蠕變有衰減和非衰減特征之分 。 對非衰減型蠕變 ， 其蠕變的三階段也很明顯 （ 大多數(shù)情況如此 ） 。 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 對應(yīng)于各種的 r－ t曲線稱作蠕變曲線 。 或 對應(yīng)于各種 t的曲線稱作等時(shí)曲線 或 ? ?tfr ,1 ??? ),(2 tfr ??? ?tr ,1 ??? ? ? ?tr ,2?? ? t 2 r 3? t 1 2? t =0 1? ? t 等時(shí)曲線 儒變曲線 圖 8 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 但也常遇到穩(wěn)定蠕變階段持續(xù)時(shí)間很長 ， 而 不出現(xiàn)加速蠕變階段 。 因此 ， 有人對加速蠕變是否存在表示懷疑 ， 而認(rèn)為試驗(yàn)中所表現(xiàn)出的加速蠕變是有試驗(yàn)條件所引起 ， 如試樣工作截面的減少 ， 應(yīng)力集中等 。 有人則認(rèn)為加速蠕變是確實(shí)存在的 ， 是由本身的特性決定的 ， 而非試驗(yàn)條件所致 。 （ 蘇 ） 維亞洛夫認(rèn)為：土在蠕變過程中同時(shí)存在硬化和軟化的過程 。 也就是說蠕變過程中 ， 顆粒之間的連結(jié)一方面被破壞 ， 而另一方面又在恢復(fù) 。 當(dāng)其一方占優(yōu)時(shí) ， 蠕變表現(xiàn)出衰減或加速 。 巖土工程研究所 試驗(yàn)表明 ， 密實(shí)粘土蠕變顯 脆性破壞 ， 破壞前沒有明顯的穩(wěn)定蠕變階段 。 研究表明：顆粒之間的結(jié)構(gòu)連接對土體蠕變性狀有較大影響 。 以水膠連結(jié)為主的 （ 凝聚結(jié)構(gòu) ） 塑性土具有典型蠕變曲線 的所有變形階段 ， 長期強(qiáng)度只占短期強(qiáng)度的 40~70%。 第 2節(jié) 土的蠕變 在有混合的 、 凝聚的和結(jié)晶連接的 密實(shí)粘土 中 ， 衰減變形階段占優(yōu)勢 ， 長期強(qiáng)度占短期強(qiáng)度的 70~80%， 且多直接從衰減 （ 初始蠕變 ） 直接過渡到加速蠕變 ， 沒有穩(wěn)定蠕變階段 。 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 粘土顆粒周圍有吸著水膜 。 該水膜有明顯的粘滯特性 ，使土體表現(xiàn)出蠕變特性 。 但是 ， 即使是干土 ， 干燥顆粒間也表現(xiàn)出了抵抗顆粒位移的粘滯強(qiáng)度 。 試驗(yàn)表明 （ 如右圖 ） ： 風(fēng)干粘土粉末和潤濕后 的粘土粉末樣均表現(xiàn)蠕 變特性 。 圖 11 風(fēng)干粘土無側(cè)膨脹壓縮的蠕變曲線 1－風(fēng)干狀態(tài)； 2－浸濕后 二、土骨架的蠕變 巖土工程研究所 類似的三軸試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn) 。 并且 ， 干 、 濕土樣的蠕變均可用 來表示 ， 且干 、 濕狀態(tài)同一種土的參數(shù) n相同 。 nTtAr ?????????第 2節(jié) 土的蠕變 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 砂土的蠕變一般也服從對數(shù)規(guī)律 。（ 如圖 12所示 ） 圖 12 干細(xì)砂無側(cè)脹壓縮的蠕變曲線 圖 13 凍結(jié)亞粘土（）的拉伸（ 1）和壓縮（ 2）流變曲線 壓縮和拉伸條件下土的蠕變是不同的 ， 如圖 13為凍結(jié)亞粘土的單軸壓縮和拉伸蠕變試驗(yàn) 。 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 壓縮和拉伸都可用同樣的方程描述： 本人曾進(jìn)行三軸壓縮和伸長條件下的蠕變試驗(yàn) 。 ? ? mz 121 ??? ?????巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 （ 蘇 ） ， 并用顯微鏡觀察研究了不同變形階段土樣微結(jié)構(gòu)的變化 。 土樣：高嶺土 ω＝ 38～ 40％ ωL＝ 58％ ωp＝ 38％ 蠕變試驗(yàn)：采用 空心圓柱土樣 在扭轉(zhuǎn)的純剪條件下進(jìn)行 ，采用各種恒定的剪切荷載 ， 從產(chǎn)生瞬時(shí)破壞到僅導(dǎo)致衰減變形的荷載均有 。 三、蠕變過程中土的微結(jié)構(gòu)變化 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 %1 0 0SS d??%1 0 00SS??定義： 式中： Sd―― 切片中結(jié)構(gòu)缺損所依據(jù)的面積 S0―― 切片中平行剪切方向的顆粒所依據(jù)的面積 S―― 垂直于剪切方向的總的截面積 。 采用了 2個(gè)指標(biāo)定量描述微結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)破損程度 ω和定向度 Ω。 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 研究結(jié)果： 原始結(jié)構(gòu)： 60～ 70％定向顆粒組成的團(tuán)粒； 30～ 40％無定向顆粒 破損程度 ω0＝ 22～ 25％ 衰減蠕變： 試驗(yàn)開始 2天后 ， 破損度從 ω0＝ 25％ → 22％ ， 6天之后 ， 降為 20％ 。 定向度 Ω無明顯變化 結(jié)構(gòu)缺損的減少主要在變形劇烈增長的初期 。 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 非衰減蠕變： 結(jié)構(gòu)特征急劇改變，破損度 ω和 /或定向度Ω變化大 迅速破壞情況： 結(jié)構(gòu)無重新定向 t＝ ， ω從 → ％ 巖土工程研究所 第 2節(jié) 土的蠕變 變形過程較長 ：①不穩(wěn)定蠕變階段：結(jié)構(gòu)變化甚微，管隙減 小，顆粒開始重新定向； ②穩(wěn)定蠕變階段：結(jié)構(gòu)變化明顯，顆粒定向 明顯，一邊缺陷愈合，一邊發(fā)生新的結(jié)構(gòu) 破壞； ③ 加速蠕變階段：顆粒定向明顯，微裂隙強(qiáng) 烈發(fā)育，匯合成主干式裂隙形成破壞 。 巖土工程研究所 蠕變方程 在恒是應(yīng)力下隨時(shí)間發(fā)展的剪切變形方程 ―― 蠕變方程。 如不考慮瞬時(shí)變形 式中： m＝ ～ 1， ， T－ 單位時(shí)間 ， ??????????????????? TtAr m 10???????????????????????? ???TtArm1101~?? ?trr *?（一）、冪函數(shù)關(guān)系 第 2節(jié) 土的蠕變 ),(2 tfr ?? ? ?tr ,2?? ?巖土工程研究所 SinghMitchell方程 ： 式中： A、 、 m為參數(shù)， 為應(yīng)力水平， to－ 單位時(shí)間。 D? ? mttDA ??????? 0e x p ???一、冪函數(shù)關(guān)系 第 2節(jié) 土的蠕變 巖土工程研究所 Mesri方程： 式中： m為參數(shù)， Rf－ 破壞比， －應(yīng)力水平， Eu－ 初始剪切模量。 冪函數(shù)形式的蠕變方程：簡單、實(shí)用，適用性強(qiáng)，從軟土到硬土、甚至巖石。 mfuu ttDRDSE????????????1012?D第 2節(jié) 土的蠕變 巖土工程研究所 若不考慮瞬時(shí)變形： ?????? ???TTtArm ln10???????? ????????????TTtArmm ln110??? ? T Ttrr mmH?? ln*TTtrrH?? ln*二、對數(shù)關(guān)系 第 2節(jié) 土的蠕變 巖土工程研究所 三、分?jǐn)?shù)－線性關(guān)系 （雙曲線關(guān)系） ? ?? ?stTGtr???????? 10第 2節(jié) 土的蠕變 )(0)10(cbDcDa tttH ?????????? ?? ???drained creep test data, Tian et al. (1994) 巖土工程研究所 土的塑粘性流動(dòng)規(guī)律可用下式表示： 式中： ―― 塑性粘滯系數(shù) ， ―― 極限長期強(qiáng)度 , ―― 單位應(yīng)力 ， m＝ 1 試驗(yàn)表明：法向應(yīng)力 對剪切流動(dòng)速度 影響很大 ， 大 ， 小 。 流動(dòng)方程 ? ?r??? ? ? ??fr ??mr101???????? ?? ?????????0?n? r?n? r?第 2節(jié) 土的蠕變 或 巖土工程研究所 土體在蠕變流動(dòng)過程中 ， 蠕變速率隨時(shí)間變化 ， 這種變化可以用變形過程中 ， 土體的粘滯特性的變化來解釋 ， 則： 可表示為： or ? ?? ?tfr????? ?nTTtt ?????? ??0????t?? ? ? ? Ttet ??? ??? 0????第 2節(jié) 土的蠕變 實(shí)際上 流動(dòng)方程 應(yīng)表示為： ? ?tfr ,1 ??? ? ?tr ,1 ??? ?或 巖土工程研究所 我們前面介紹的蠕變方程和流動(dòng)方程實(shí)際上就是考慮了時(shí)間效應(yīng)的土體本構(gòu)方程 ， 但這些都是根據(jù)試驗(yàn)總結(jié)出來的 ， 是經(jīng)驗(yàn)方程 。 第 2節(jié) 土的蠕變 流動(dòng)方程 ? ?tfr ,1 ??? ? ?tr ,1 ??? ?或 蠕變方程 ),(2 tfr ?? ? ?tr ,2?? ?巖土工程研究所 因此 ， 考慮了時(shí)間效應(yīng)的土體本構(gòu)方程應(yīng)該具有下列形式 。 第 2節(jié) 土的蠕變 或 ),(2 rfr ???Eringen (1962) indicated that the explicit introduction of time in the constitutive relations violates the principle of objectivity in continuum mechanics. However, in general, time explicitly exists in the empirical rela