冻结重塑黏土分数阶蠕变本构模型分析.pdf

第３３卷第１期河南城建学院学报Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．１

２０２４年２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＵｒｂａｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＦｅｂ．２０２４

文章编号：１６７４－７０４６（２０２４）０１－００４０－０８ＤＯＩ：１０．１４１４０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｎｃｊｘｂ．２０２４．０１．００６

冻结重塑黏土分数阶蠕变本构模型分析

１，２１１１

姚兆明，蹇膨远，孔宏水，李南

（１．安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南２３２００１；

２．矿山地下工程教育部工程研究中心，安徽淮南２３２００１）

摘要：人工冻土的蠕变特性受温度场、水分场、应力场的相互影响，而传统的岩土本构模

型未能考虑温度、含水率等因素。为了表达冻土介于理想固体和理想流体之间的某种

“勾兑效应”，基于岩土的经验模型，将分数阶导数理论引入其中，建立受水、热、力三场耦

合影响的人工冻土分数阶蠕变模型。将西安某煤矿黏土重塑并进行不同温度、含水率的

单轴抗压和单轴蠕变试验，得到温度和含水率对冻结重塑黏土强度特性和蠕变特性的影

响规律。分析冻结重塑黏土在不同负温、含水率及两种应力等级下的蠕变曲线，得到ｌｇｔ

－ｌｇ曲线的线性关系，进而得出冻结重塑黏土分数阶蠕变模型相关参数与温度、含水率

ε

的函数关系。对比分数阶冻土蠕变模型试验值与计算值，发现该模型能够很好地反映冻

土在不同应力等级下其蠕变随温度和含水率的变化规律，对指导寒区冻土工程设计与施

工具有重要意义。

关键词：冻结重塑黏土；蠕变试验；经验模型；分数阶导数

中图分类号：ＴＵ４４５文献标识码：Ａ

Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｒａｃｔｉｏｎａｌｏｒｄｅｒｃｒｅｅｐｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌ

ｏｆｆｒｏｚｅｎｒｅｓｈａｐｅｄｃｌａｙ

１，２１１１

ＹＡＯＺｈａｏｍｉｎｇ，ＪＩＡＮＰｅｎｇｙｕａｎ，ＫＯＮＧＨｏｎｇｓｈｕｉ，ＬＩＮａｎ

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ２３２００１，Ｃｈｉｎａ；

２．ＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＭｉｎｅｓｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙ

ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｈｕａｉｎａｎ２３２００１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｒｅｅｐｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌｉｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｍｏｉｓｔｕｒｅ，

ａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｏｃｋｓｏｉｌｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｓｄｏｎｏｔａｃｃｏｕｎｔｆｏｒｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｔｅｍｐｅｒａ

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