前海软土蠕变特性试验及模型参数研究

梁荣康; 张庆军; 张成; 李栋; 苏栋; 李强

doi:10.11779/CJGE2021S2032

前海软土蠕变特性试验及模型参数研究 English Version

梁荣康^1,,
张庆军²,
张成³,
李栋⁴,
苏栋^{1, 5, ,},
李强¹

1.
深圳大学土木与交通工程学院,广东　深圳　518060
2.
中铁十五局集团有限公司,上海　200070
3.
珠海大横琴城市新中心发展有限公司,广东　珠海　519030
4.
珠海市规划设计研究院,广东　珠海　519000
5.
滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室（深圳大学）,广东　深圳　518060

基金项目:

国家自然科学基金项目 51938008

国家自然科学基金项目 52090081

中铁十五局科研项目 CR15CG-ZH-HQMZSD-2021-00001（KJ）

详细信息

作者简介:
梁荣康(1997— ),男,硕士研究生,主要从事软土的力学特性方面学习研究工作。E-mail：2060471029@email.szu.edu.cn

通讯作者:
苏栋, E-mail: sudong@szu.edu.cn

中图分类号: TU447
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出版历程
- 收稿日期: 2021-08-16
- 网络出版日期: 2022-12-05
- 刊出日期: 2021-10-31

Creep characteristics and model parameters of Qianhai soft soil

1.
College of Civil and Transportation Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2.
China Railway 15 Bureau Group Co., Ltd., Shanghai 200070, China
3.
Zhuhai Da Hengqin City New Center Development Co., Ltd., Zhuhai 519030, China
4.
Zhuhai Institute of Urban Planning & Design, Zhuhai 519000, China
5.
Key Laboratory for Resilient Infrastructures of Coastal Cities (MOE), Shenzhen University, Shenzhen 518060, China

摘要

摘要: 为研究沿海地区软弱土层的蠕变特性并建立相应的蠕变模型,对深圳市城市轨道交通12号线海上田园东站处淤泥质黏土进行室内直剪蠕变试验。结果表明,该软土试样的蠕变特性与所受应力状态有关,在400 kPa固结压力下,当试样所受剪应力较小时,蠕变特性不显著,随着剪应力的提高,蠕变特性逐渐显著。根据蠕变速率将软土的蠕变过程区分为减速和稳定两个阶段,随着剪应力的提高,该软土在各蠕变阶段的时间均逐渐延长,相应的应变增量也逐渐增大。采用修正的Singh-Mitchell模型对该软土的蠕变特性进行建模,该模型参数少,本构方程简单,适用性较强。通过采用不同参考时间的试验数据对模型参数进行校核,发现当参考时间t₁=1 h时模型计算结果与试验数据之间的误差最小,预测精度较高。
- 软土 /
- 蠕变 /
- 直剪试验 /
- 修正Singh-Mitchell模型
Abstract: In order to explore the creep characteristics of the soft soil layer in coastal areas and establish the corresponding creep model, a direct shear creep test is conducted on the silty clay at the Haishangtianyuan East Station of Shenzhen Metro Line 12. The results show that the creep characteristics of the soft soil samples are related to the stress state. Under the consolidation pressure of 400 kPa, when the shear stress of the samples is small, the creep characteristics are not significant. With the increase of shear stress, the creep characteristics gradually become more significant. Using the creep rate, the creep process of the soft soil is divided into two stages: deceleration and stability stages. With the increase of shear stress, the elapsed time for each creep stage grows, and the corresponding strain increment increases gradually. The modified Singh-Mitchell model is used to simulate the creep characteristics of the soft soil. This model is widely used because it has fewer parameters and its constitutive equation is simple. The model parameters are calibrated using the test data at different reference time. It is found that the error between the calculated results and the test data is the smallest when the reference time t₁=1 h, and the prediction accuracy is higher.
- soft soil /
- rheology /
- direct shear test /
- modified Singh-Mitchell model

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图 1 ZLB-1型三联流变直剪仪

Figure 1. ZLB-1 triple rheological direct shear apparatus

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图 2 不同剪切荷载下的应变-时间关系的蠕变曲线

Figure 2. Creep curves of strain-time relationship under different shear loads

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图 3 各级荷载作用下的蠕变应变增量

Figure 3. Creep strain increments under various shear loads

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图 4 剪应力-剪应变的等时曲线

Figure 4. Isochronous curves of shear stress-shear strain

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图 5 剪应变-时间的双对数曲线

Figure 5. Double-logarithmic graph of shear strain-time

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图 6 不同参考时间所对应的误差百分比

Figure 6. Error percentage corresponding to different time

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图 7 修正的Singh-Mitchell模型预测效果

Figure 7. Fitting effect of modified Singh-Mitchell model

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表 1 土样的基本物理性质

Table 1 Basic physical properties of soil

含水率w/% 重度/(kN·m^-3) 液限/% 塑限/% 孔隙比e

48 17.2 48.6 31.6 1.28

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表 2 土样施加水平剪应力方案

Table 2 Scheme of applying horizontal shear stress to soil samples

固结压力/kPa 水平剪应力大小与级数/kPa
1 2 3 4 5

400 32 71 103 134 155

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表 3 不同剪应力的 $\ln ε$ -lnt的拟合直线斜率n

Table 3 Fitting straight line slopes n of $\ln ε$ -lnt for different shear stresses

剪应力/kPa 32 71 103 134 155

n值 0.0098 0.0135 0.0134 0.0112 0.0139
n平均值 0.0124

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表 4 不同的参考时间下模型参数b和C值

Table 4 Values of model parameters b and C at corresponding time

参考时间t₁/h b（直线斜率） C（直线截距）

0.25 0.514 2.040
0.5 0.515 2.054
1 0.519 2.063
2 0.524 2.067
3 0.526 2.072
6 0.531 2.078
9 0.532 2.092
12 0.538 2.107
24 0.531 2.119
36 0.528 2.137
48 0.526 2.147

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参考文献(7)

[1]	蒙韵, 周树. 深圳地区软土的工程特性及软基处理措施探讨[J]. 资源环境与工程, 2016, 30(3): 450-452. doi: 10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.047 MENG Yun, ZHOU Shu. Engineering characteristics of soft soil in Shenzhen area and discussion on soft foundation treatment measures[J]. Resources Environment and Engineering, 2016, 30(3): 450-452. (in Chinese) doi: 10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.047
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[3]	朱铨雯. 珠海软土宏微观蠕变试验及非线性模型研究[D]. 广州: 广州大学, 2020. ZHU Quan-wen. Research on Macro and Micro Creep Test and Nonlinear Model of Zhuhai Soft Soil[D]. Guangzhou: Guangzhou University, 2020. (in Chinese)
[4]	肖谊. 广州黄埔地区软土蠕变试验及蠕变模型选择[J]. 现代城市轨道交通, 2017(9): 28-31. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XDGD201709008.htm XIAO Yi. Creep test of soft soil in Huangpu area of Guangzhou and selection of creep model[J]. Modern Urban Rail Transit, 2017(9): 28-31. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XDGD201709008.htm
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[7]	王常明, 王清, 张淑华. 滨海软土蠕变特性及蠕变模型[J]. 岩石力学与工程学报, 2004(2): 227-230. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2004.02.010 WANG Chang-ming, WANG Qing, ZHANG Shu-hua. Creep characteristics and creep model of coastal soft soils[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2004(2): 227-230. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2004.02.010

施引文献

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图(7) / 表(4)

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参考时间t₁/h	b（直线斜率）	C（直线截距）
0.25	0.514	2.040
0.5	0.515	2.054
1	0.519	2.063
2	0.524	2.067
3	0.526	2.072
6	0.531	2.078
9	0.532	2.092
12	0.538	2.107
24	0.531	2.119
36	0.528	2.137
48	0.526	2.147

固结压力/kPa	水平剪应力大小与级数/kPa
固结压力/kPa	1	2	3	4	5
400	32	71	103	134	155

剪应力/kPa	32	71	103	134	155
n值	0.0098	0.0135	0.0134	0.0112	0.0139
n平均值	0.0124

前海软土蠕变特性试验及模型参数研究 English Version

作者简介: 梁荣康(1997— ),男,硕士研究生,主要从事软土的力学特性方面学习研究工作。E-mail：2060471029@email.szu.edu.cn

通讯作者: 苏栋, E-mail: sudong@szu.edu.cn

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Creep characteristics and model parameters of Qianhai soft soil

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梁荣康(1997— ),男,硕士研究生,主要从事软土的力学特性方面学习研究工作。E-mail：2060471029@email.szu.edu.cn

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苏栋, E-mail: sudong@szu.edu.cn