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摘要：本文对合肥地区典型非饱和膨胀土蠕变模型试验进行了分析，对非饱和膨胀土蠕变模型试验进行了介绍，阐述了非饱和膨胀土蠕变模型试验的物理性质与实验方案，研究了非饱和膨胀土蠕变的特性，并对非饱和膨胀土蠕变模型试验做出了结论，最后总结了非饱和膨胀土蠕变模型试验的要点和重点，旨在研究合肥地区典型非饱和膨胀土蠕变特性，为膨胀土工程设计提供一定的理论依据。
关键词：合肥地区；典型非饱和膨胀土；蠕变模型实验
一、膨胀土蠕变模型试验介绍
（一）膨胀土概念
膨胀土就是一种非饱和土体，这种土地非常特殊，膨胀土的特殊性主要表现为：膨胀土是一种特殊黏土，这种土体吸水会发生膨胀和软化，如果失水就会出现收缩干裂。另外，膨胀土具有超固结性和多裂隙性的特征。而本文研究的合肥地区的典型非饱和膨胀土的矿物成分主要是由伊利石、高岭石等组成。这些矿物质成分会在外荷载的作用下进行重新排列，在重新排列的过程中，非饱和膨胀土土体孔隙间的气体就会被挤出，在这种情况下非饱和膨胀土就发生了变形。
（二）膨胀土蠕变模型试验
膨胀土蠕变模型试验是为了研究膨胀土体的蠕变特性，建立一个本构模型并且确定模型的具体参数，这样就必须进行膨胀土蠕变模型试验。在试验中最方便的实验为单轴压缩试验，同时要应用一些模型进行数值模拟，最后才能通过实验确定本构模型。
二、非饱和膨胀土蠕变模型试验物理性质与试验方案
（一）土体取样
在非饱和膨胀土蠕变模型试验时，首先要进行土地取样，本试验样选取了合肥地区典型非饱和膨胀土作为试样土体。合肥地区典型非饱和膨胀土的土样为灰白色土体条带，整体呈硬塑状，检测分析后发现土体内含有少量的铁锰结核。土体取样完成之后就要按照试验的具体要求对土体进行处理，首先要对土样进行风干，在土样风干后就要对土样进行过筛，筛子的密度为0.5mm，过筛后对土样进行测定，测定后就能得到土样的物理力学性质：土样的含水率为21.7 %, 土样的天然湿密度为2.06 g/m3，土样的自由膨胀率58 %，通过土样的这些物理力学性质可知，土样属于弱膨胀土。
（二）非饱和膨胀土蠕变模型试验方案
本试验采用的是单轴压缩试验，单轴压缩试验是在微机控制试验机上进行的，在实验前对试验机进行调试，了解试验机装置的具体情况，然后在再确定控制加载方式。在本次试验中采用的是应变速率控制加载方式。
首先选择4组膨胀土，确定每组膨胀土的规格，在此次实验中每组膨胀土的直径和高度都是一致统一的，分别为50mm和100mm。试验开始，首先选择一组样本对其进行单轴压缩试验，然后对剩下的三组进行单轴压缩蠕变试验。
三、非饱和膨胀土蠕变特性分析
按照设计方案进行非饱和膨胀土蠕变模型试验，通过第一组样本的单轴压缩试验可以根据实验数据绘制非饱和膨胀土应力-应变曲线（如下图所示），通过实验数据可以观察到，当单轴抗压强度为450 kPa时，非饱和膨胀土的应力水平为280 kPa时，非饱和膨胀土土样就会发生裂缝，这说明非饱和膨胀土此时的应力水平达到了屈服强度，这一组土样的单轴压缩试验结束。
另外三组土体在进行实验时，分别观测了试验土体在不同抗压强度下的蠕变。将这三组土体分为a、b、c三组。首先观察a组的变化（如下图所示）。通过对图2 的观察可以发现非饱和膨胀土受到100kPa的应力作用发生蠕变，但是蠕变的速率随着反应时间的增加而降低，非饱和膨胀土蠕变在应变力达到0.35时
在观察了a组的变化之后，对b组进行观察，非饱和膨胀土受到200kPa的应力作用发生蠕变（如下图所示），通过试验数据可曲线的观察可以发现，在10 min 内应变速率达到每30 s0.01，非饱和膨胀土蠕变在应变力达到1.5时就会进入稳定阶段。
最后对c组进行观察，非饱和膨胀土受到300kPa的应力作用发生蠕变（如下图所示），通过试验数据可曲线的观察可以发现，应变力在不断的增加，但是土样的性质已经在100s时就发生了破坏。通过对3组土样试验的观察可以发现，当轴向力不断增大时，非饱和膨胀土的应变速率也会不断增大，应变也随之增大。
四、非饱和膨胀土蠕变模型试验结论
通过以上试验可知，非饱和膨胀土的蠕变情况与应力的大小有着密切的联系，在轴向应力为100kPa和200kPa时，非饱和膨胀土的蠕变曲线反应速率较大。但是饱和膨胀土的蠕变应该一段时间后会逐渐稳定下来，非饱和膨胀土的蠕变曲线处于稳定阶段，这时土体不容易被损坏。但是随着应力不断的增加，饱和膨胀土的蠕变也会不断的加快，最后土体就会被破坏。这样就的到了应力与饱和膨胀土的蠕变之间的关系。这种特性会给试验带来一定的难度，因为对饱和膨胀土所加的应力不能过大也不能过小，所以在进行非饱和膨胀土蠕变模型试验时要注意应力的选择。
五、总结
综上所述，研究合肥地区典型非饱和膨胀土蠕变模型试验能够为为膨胀土工程设计提供一定的理论依据，同时还能通过非饱和膨胀土蠕变模型试验建立一个本构模型并且确定模型的具体参数。在此次的合肥地区典型非饱和膨胀土蠕变模型试验中，主要应用了单轴压缩试验，通过对试验数据的分析得出了相应的结论：随着应力不断的增加，饱和膨胀土的蠕变也会不断的加快。从而确定了合肥地区典型非饱和膨胀土蠕变的特性。
参考文献：
[1]蒋晓庆,程桦,刘奇. 合肥地区典型非饱和膨胀土蠕变模型试验研究[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版),2010,11:1665-1668.
[2]马珂. 合肥非饱和膨胀土蠕变试验与模型研究[D].安徽建筑工业学院,2012.
论文作者:赵明华
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/20
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