浅谈土的流变性

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1、浅谈土的流变性　　摘要：岩土工程的长期安全问题中，土的流变性不容忽视。本文根据现有流变资料，从土的流变性本质、土的流变性影响因素等方面对土的流变性进行了的探讨。　　关键词：流变性；影响因素；流变试验　　一、土的流变性概述　　在传统土力学研究中，土的本构关系仅仅是应力与应变之间关系，时间因素是不考虑在内的。而工程建设中如边坡失稳，路基塌陷，基坑侧向位移等大型事故时有发生，严重威胁人民生命财产安全。因此，为保证岩土工程的长期安全，岩土工程的时间效应不容忽视，土流变学的研究具有重要的理论价值和实践意义　　岩土工程流变学以岩土材

2、料及其相关工程为研究对象，研究土中应力、应变状态的形成及其随时间的变化规律，是把时间作为独立参数而应用于应力和应变规律研究的学科。物质本身固有的弹性和粘性这一对内在性质，因外界力的作用时间而相互转化，实质上，这种弹性和粘性是组成物体的各质点之间相对运动的表现。　　对岩土材料，特别是粘性类土和软岩以及节理裂隙发育的岩体，在长期荷载持续作用下其流变性态即使在通常情况下也十分显著，甚至成为最终变形破坏的主导因素。　　土的流变性研究常包括蠕变、应力松弛、弹性后效和长期强度等方面。5　　蠕变：在荷载恒定状态下，变形随时间增加而发展

3、的现象。　　应力松弛：在应变恒定状态下，应力随时间增加而减小的现象。　　长期强度：岩体强度随时间而持续有限降低，并逐渐趋近于一个稳定收敛的低限定值。　　弹性后效：在一定的应力水平持续作用下，在卸荷之后，部分粘性变形随时间逐渐恢复，但其恢复过程需要一定的滞后时间　　滞后效应：加载时，继瞬间发生的弹性变形之后，仍有部分后续的粘性变形随时间增加而增加。　　二、土的流变性本质　　土流变性的本质：物质本身固有的弹性和粘性这一对内在性质，因外界力的作用时间而相互转化，实质上，这种弹性和粘性是组成物体的各质点相对运动的表现，土的流变性

4、是流体内部反抗这种流动的内摩擦阻力。　　一般来说，一切材料都具有不同的流变性，但多数只是在一些特定的条件下其流变属性才比较明显，对工程来说已不能忽略不计。对于岩土材料，特别是粘性类土和软岩以及节理裂隙发育的岩体，在长期荷载持续作用下其流变性态即使在通常情况下也十分显著，甚至成为最终变形破坏的主导因素。　　三、土流变性的影响因素　　土的流变性受许多因素的影响，在不同的条件下，显示出不同的性状，主要的影响因素有：　　（一）土的物质组成5　　一般而言，土的粘粒含量及其矿物成分对土的流变性质有很显著的影响。片架结构的软粘土，由于

5、其特殊的微观结构和结合水的作用往往有较明显的流变性；另外，粘粒含量愈多，塑性指数愈大，流变性质也愈显著。　　含水量及孔隙水的性质的影响　　含水量的大小对土的流变特性也有较明显的影响，含水量越大，土的蠕变变形也越大；孔隙水的性质对土的流变影响是显而易见的，孔隙水粘性越大，结合水的粘性也大，土的流变特性也越明显。　　（二）应力历史和应力路径的影响　　由于流变土体的变形和强度均与时间有关，故现有固结应力作用持续时间及历史上应力变化过程对未来土体的变形和强度都会产生影响　　（三）应力大小的影响。　　四、流变的研究方法　　土流变性

6、的研究可以从微观、细观或宏观表现展开。　　在微观层次上，主要借助电子显微镜和X光衍射仪等仪器研究土体颗粒、团聚体、叠聚体和微空隙等微小结构单元的空间分布及其接触链接特点等微观特征与土体流变性质之间的内在联系、　　在细观层次，研究土体孔隙水、颗粒及矿物类型、吸附结合水等细观结构参量与土流变特性的对应性和相关性，分析土体流变的物质因素、物理机制、力学行为以及流变性质的控制因素及各参量之间的定量关系，目前研究主要集中在孔隙水或结合水、粘土矿物类型和孔隙中的胶体物质对流变性质的影响。5　　在宏观层次上，它从唯象学观点出发，假定土

7、是均一体，采用连续介质力学和不可逆热力学理论，构造直观的物理流变模型，来模拟土的结构和特性，拟合流变试验结果，建立有关的公式，以定量分析土的流变性质及其对工程的影响。　　土体是由固体颗粒、液态水和气体所组成的多孔介质。由于水和土颗粒的物理化学作用，在土颗粒表面形成了强结合水和弱结合水。在外力作用下，孔隙中的水和气体部分被挤出，土颗粒重新排列使土骨架变形。一方面，土颗粒与孔隙流体之间的摩擦力，使孔隙流体的排出受到阻碍，使土体变形延滞；另一方面，土颗粒之间的接触是结合水膜之间的接触，结合水的粘滞性也将使土体变形要有一个过程，

8、因此，土体的变形不仅与应力有关，还与时间有关。土所显示的变形特性表明，土体不是弹性体，也不是塑性体，而是粘弹性体。　　五、土宏观流变试验　　土宏观流变试验可分为现场的和室内的两部分。现场流变试验是在实际工程中测试土体的流变数据，如监测边坡的位移、地基的长期沉降、基坑开挖后侧壁向临空面位移等。室内流变试验是在实验室的现