摘要
为更好地将人工冻结法应用于工程实际建设中，对冻结泥炭质土的力学性能研究非常必要。以中国云南某地区泥炭质土为研究对象，通过室内力学试验与理论分析相结合的方式，对冻结条件下泥炭质土的物理力学性质进行了研究。 首先进行不同含水率、冻结温度下的单轴抗压强度试验以及单轴压缩蠕变试验，由此得出相应的应力-应变以及蠕变试验曲线。根据应力-应变试验曲线分析不同含水率和冻结温度对抗压强度峰值以及弹性模量的影响，并建立相应的函数关系式。与此同时，引入应力-应变抗压强度本构模型，考虑含水率与冻结温度对模型参数的影响，建立考虑含水率和冻结温度影响的应力-应变抗压强度本构模型，对比模型计算值与试验值，发现该模型能够较好地描述冻结泥炭质土的应力与应变关系。 其次根据蠕变试验曲线分析含水率、冻结温度和加载应力对蠕变变形、蠕变变形速率的影响。采用经验模型和元件模型对比的方式对蠕变变形规律进行描述，由此引入Singh-Mitchell(S-M)经验蠕变模型与Mesri经验蠕变模型，通过对模型方程式左右两边同时取对数，联立方程组，计算得出模型参数。与此同时，分析不同含水率和温度对模型各个参数的影响，建立考虑含水率和温度影响的S-M蠕变模型与Mesri蠕变模型。对比两个模型计算值与试验值，结果表明:两个模型计算曲线均能较好地描述冻结泥炭质土蠕变的衰减阶段和稳定阶段。 但考虑含水率和温度影响的S-M蠕变模型与Mesri蠕变模型在描述蠕变的加速阶段效果不理想。为了能够较好地描述冻结泥炭质土蠕变的加速阶段，在S-M经验蠕变模型中引入分数阶导数函数，在Mesri蠕变模型中引入损伤变量因子，并考虑温度对模型参数的影响，由此建立考虑温度效应的分数阶导数S-M蠕变模型和考虑温度效应的Mesri蠕变损伤模型。以含水率为20％和40％单轴压缩蠕变试验结果为例，采用模拟退火算法和遗传算法分别对两个模型参数进行优化识别。结果表明:改进的两个经验蠕变模型均能够较好地描述冻结泥炭质土的整个蠕变变形阶段以及预测蠕变变形趋势，且吻合度较高。 经典的Burgers蠕变模型，对于衰减型蠕变具有较好地描述效果，但在描述蠕变的加速阶段效果不理想，基于此提出一种黏塑性模型，并将其引入到Burgers蠕变模型中，建立一种非线性黏弹塑性蠕变模型。以含水率为60％单轴压缩蠕变试验结果为例，采用模拟退火算法对模型参数进行优化识别，对比模型计算值与试验值，发现非线性黏弹塑性蠕变模型能够较好地反映冻结泥炭质土蠕变变形规律。通过采用改进的经验蠕变模型和改进的元件蠕变模型计算冻结泥炭质土的蠕变变形值，弥补了传统模型不能较好地计算加速蠕变阶段变形值的缺陷，为更好地设计冻结壁提供了一种新的思路。
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