球模儀測試凍土松弛模量的非線性Kelvin解答及其試驗研究

作者：黃燦杰,張澤,金會軍,馮文杰,金豆豆,Andrey MELNIKOV

摘要：凍土的松弛模量是進行蠕變力學分析的關鍵參數。但在理論方面,尚未基于球模儀試驗建立較完善的松弛模量表征公式。基于半空間黏彈性理論和分數階微積分理論,獲得了松弛模量公式的非線性Kelvin模型解答并進行了材料參數影響分析。在給出恒載條件下,可以用單軸蠕變試驗的分析結果評估基于球形壓痕試驗的凍土松弛模量來預測準確性。隨后分別以凍結細砂的球模儀試驗曲線、凍結砂和凍結砂質黏土的單軸蠕變曲線為例,預測了各條試驗曲線和凍土的松弛模量,并通過其他試驗實測數據進行了檢驗。結果表明:該松弛模量表征公式的材料參數最少,隨各材料參數變化具有較佳單調性;基于球形模板試驗,非線性Kelvin解答能對凍結細砂的松弛模量和位移曲線做出合理可靠的預測。非線性Kelvin模型能很好地吻合單軸蠕變試驗曲線,基于單軸蠕變試驗的凍結砂松弛模量隨時間變化規律和數值范圍與球模儀試驗分析結果較一致,凍結砂質黏土的松弛模量隨應力和溫度的變化規律再現了已有研究結論。

發文機構：哈爾濱工業大學土木工程學院 中國科學院西北生態環境資源研究院凍土工程國家重點實驗室 東北林業大學土木工程學院/寒區工程與科學技術研究院 中國科學院大學 俄羅斯科學院西伯利亞分院梅爾尼科夫凍土研究所

關鍵詞：球模儀分數階理論非線性Kelvin解答參數分析凍土松弛模量spherical template indenterfractional order thesissolution of nonlinear Kelvin modelparameters analysisrelaxation modulus of frozen soil

分類號： TU41[建筑科學—巖土工程]TU43[建筑科學—土工工程]