岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (2): 624-631.doi: 10.16285/j.rsm.2017.1660

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑温度影响的冻土蠕变本构模型

李 鑫1, 2,刘恩龙1, 2, 3,侯 丰4   

  1. 1. 四川大学 水利水电学院,四川 成都 610065;2. 四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川 成都 610065; 3. 中国科学院西北生态环境资源研究院 冻土工程国家重点实验室,甘肃 兰州 730000;4. 中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430063
  • 收稿日期:2017-10-23 出版日期:2019-02-11 发布日期:2019-02-14
  • 通讯作者: 刘恩龙,男,1976年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土体本构关系与数值模拟方面的教学与科研工作。E-mail: liuenlong@scu.edu.cn E-mail:lixin2016223@163.com
  • 作者简介:李鑫,女,1993年生,硕士研究生,主要从事岩土体本构关系与数值模拟方面的科研工作。
  • 基金资助:
    中科院率先行动百人计划择优支持项目(No. Y529851001);国家自然科学基金(No. 41771066)。

A creep constitutive model for frozen soils considering the influence of temperature

LI Xin1, 2, LIU En-long1, 2, 3, HOU Feng4   

  1. 1. College of Water Resources and Hydropower, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China; 2. State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China; 3. State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou, Gansu 730000, China; 4. China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430063, China
  • Received:2017-10-23 Online:2019-02-11 Published:2019-02-14
  • Supported by:
    This work was supported by the “100 Talents Program” of Chinese Academy of Sciences (Y529851001) and the National Natural Science Foundation of China (41771066).

摘要: 冰作为冻土的基本组成部分,对冻土蠕变的加速蠕变阶段有重要影响。温度通过影响冻土中冰的冻结与融化过程,及其黏塑性流动,引起冻土结构的强化与弱化,从而成为了决定冻土蠕变力学行为的关键因素之一。同时,外部应力也造成冻土的强化与弱化,影响着冻土的蠕变。通过引入硬化因子与损伤因子来考虑温度、应力造成的冻土材料强化与弱化。硬化因子H代表了蠕变过程中强化效应的大小,而损伤因子D则代表了由弱化效应造成的冻土材料相关参数的折减比例,进而提出了适用于冻土的改进西原蠕变本构模型。该模型预测值与试验数据的比较表明:改进的模型不仅能较好地描述初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段,而且相比于传统模型,能更好地描述冻土加速蠕变阶段,具有合理性与一定的实用性。

关键词: 强化, 弱化, 温度, 应力, 冻土, 蠕变本构模型

Abstract: As a basic portion of frozen soils, ice has a significant impact on the accelerated creep stage of frozen soils. Temperature gives rise to hardening and weakening of frozen soil structure by affecting the freeze-thaw process of ice in frozen soils, as well as its viscoplasticity flow, thus becoming one of the key factors to determine the behavior of frozen soils. Meanwhile, the external stress also causes hardening and weakening, affecting the creep of frozen soils. Both hardening variable and damage variable are introduced here to consider hardening and weakening of the frozen soils resulted from variation of temperature and stress. Among them, the hardening factor H represents the magnitude of hardening effect in the process of creep, while damage factor D represents the reduction ratio of related parameters of frozen soils caused by the weakening effect, and then an improved Nishihara model is developed, the expression of improved Nishihara model under complicated stress state is derived as well. The comparisons between model predictions and available experimental results show that the improved model can not only describe the initial creep stage and the stable creep stage well, but also agrees well with the strain law growing exponentially with time in the accelerated creep stage, which demonstrates its accuracy and usefulness.

Key words: hardening, weakening, temperature, stress, frozen soils, creep constitutive model

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