冻融循环作用下炭质页岩蠕变模型研究

作     者：刘新喜 李盛南 徐泽沛 李玉 周炎明 LIU Xin-xi;LI Sheng-nan;XU Ze-pei;LI Yu;ZHOU Yan-ming

作者机构：长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学桥梁结构安全控制湖南省工程实验室湖南长沙410114 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2019年第32卷第11期

页      面：137-145页

核心收录：

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51378082,51674041) 桥梁结构安全控制湖南省工程实验室开放基金项目(18KD04) 湖南省研究生科研创新项目(CX2018B532) 

主　　题：道路工程 边坡 冻融循环 炭质页岩 蠕变 损伤 

摘      要：冻融循环作用下炭质页岩蠕变是高速公路高陡边坡稳定性研究的热点问题之一。为揭示冻融循环作用下炭质页岩的蠕变特性,将炭质页岩试样分别进行0次、5次、15次、25次冻融循环,在围压为4 MPa条件下,采用分级增量加载方式对试样进行三轴压缩蠕变试验,试验发现冻融作用下炭质页岩蠕变具有明显的非线性特征,轴向应变随冻融循环次数、应力水平和时间增加而增大;根据蠕变曲线特征,将蠕变曲线分为2个阶段,即稳定蠕变阶段和不稳定蠕变阶段;利用损伤定义及Lemaitre应变等效方程,建立稳定蠕变阶段的冻融损伤演化方程;基于损伤力学和概率统计理论,采用Von-misses屈服准则,建立不稳定蠕变阶段的冻融和蠕变耦合损伤方程;通过引入冻融和蠕变损伤变量对Burgers模型参数进行修正,建立冻融作用下的蠕变损伤模型。研究表明:岩石损伤随冻融循环次数增加而增大,但损伤增加速率减小,最终趋于稳定;冻融和蠕变耦合作用下,冻融作用使得岩石损伤累积,会加快岩石的蠕变破坏;分段建立的损伤方程能较好地揭示岩石损伤随冻融循环次数、应力水平和时间增加的变化规律;改进的蠕变模型与试验曲线拟合度较好,且参数物理意义明确。研究成果能为炭质页岩高陡边坡稳定性分析提供理论参考。