高等土力学外文翻译.docx

干土的实验研究摘要涉及到土体干燥过程中裂缝产生的基本现象，以及控制和避免裂缝的方法仍然很难解释。土体收缩和裂缝产生的机理已经被研究，特别是在失水过程中，裂缝开展的临界约束以及所引起的拉应力所起的关键性作用。在可控制条件下对细粒土试样做了两组实验测试，对拉力、重力含水量以及允许的引力的测量得出了一些结论关于在干燥过程中拉力的影响及变化。引言土体的干燥以及紧随发生的土体开裂，是土体工作的最大极限，因为它要承担许多土体性质的变小。土体是谁开裂很大程度上影响到了土体的渗透性以及可能会危害土体结构，使水分子从粘土缓冲区析出，会危害隔离带垃圾填埋场衬垫，顶板岩层等。黏土垫层材料的渗透系数在材料裂缝出现之后会从110-9m/s增加到饱和土的110-6m/s。在土体干燥时裂缝压缩性实际上已经增加了，而土体固结度却减少了。裂缝时支撑机构基础破坏的主要原因。裂缝同时也是水坝及路堤顶端出现破坏面出现的可能前兆，在兔体重裂缝的形式归因于各种各样的力学及环境情况。本论文的视野受限于土体干燥的裂缝。干缩裂缝已经被研究了很多年。不管怎样，关于土的破坏模式与力学原理以及他们之间的关系与土的参数之间的关系是不明确的。土的脱水实验是将土放在一个比较干燥或者是温度比较高的环境中使土中的水消失的连续过程。由于土的干燥，使土中水的体积减小，从而使土产生干缩效应。在土的干燥过程中，如果土的体积收缩受到限制或者是土中的应力达到了土的抗拉强度，那么就会产生裂缝。土的干燥过程的这些变化随着限制条件与土的结构的不同而不同。在自然状态下，土的摩擦力，拉应力以及土的位移边界效应可以由土的作用特定结构引起，土样中由于土的微粒之间的相互作用而产生的不符合相容方程的特征应力。必须指出，有许多关于土的干燥开裂的研究中没有明确区分这两种不同的现象。在这篇文章中，我们研究粉土土的应力变化与其干燥过程的关系，去发现土的特定的边界条件在土的干燥开裂过程中的作用。为了达到这种目的，我们设置了两组实验，有侧限土的干燥实验和无侧限土的干燥实验。进行实验实验准备 此实验所用的土取自Bioley的将90um以上的颗粒筛选出去的泥土。土的粒径组成如表格一所示。土中粘粒占27%，土的液限是31.8%，土的塑限是16。9%，土的密度为27.1kn/m3，土的试样是由去除了空气的土和49%的水混合而成的，混合以后进行搅拌和振动以排除其中的空气，这样的准备工作是为了使土中的水处于饱和状态，在进行实验之前，将土放置至少一天，以保证式样的均质性。土中水的含量约为49%，这些准备工作是为了让土处于饱和土的状态。土的干燥特性决定土的干燥特征的因素有：土的孔隙比，土的含水量，土中固体颗粒的质量。为了达到研究目的，实验是在richard cell 中进行的。引力应用于空气超压技术产生的泥浆中。为了使土体和周围环之间的摩擦力和粘聚力最小化，聚四氟乙烯环被应用于土体表面来处理疏水物质。在干燥过程中，观测到了来自周围环样本的分离。在平衡状态，含水量w被测得，在体积测量过程中，考虑简单的分离，孔隙比e和饱和度Sr减少了。干燥（从起始泥浆到各种吸阶段）和潮湿（从100kPa到50kPa）已经被测试。进气压力值约100kPa，收缩极限约200kPa已经被测得。图2表示了吸力-含水量与引起的应力曲线。吸力引起的应力曲线在100kPa以下沿干燥曲线与吸力很接近，直到正常固结线，这些在常规三轴试验已经决定。标记的初始滞后值被观测到在潮湿曲线从100kPa到50kPa.在土体干燥时，应力很大，土体变形不可逆（塑性变形）再次浸湿土体只能引起轻微的膨胀。干燥测试程序应变变化在时间和空间中,质量含水量(w)和裂纹是棒状土壤结块在连续的风干下形成的。对有限的吸水力进行了测试。两个极端情况下不同的力学边界条件进行了研究:非约束干燥测试和约束干燥测试。非约束干燥测试样品制备和干燥条件进行非约束干燥试验，由于磨损的影响，尽可能在收缩的情况下避免在边界条件下任何力学约束。所以,干燥是使用聚四氟乙烯处理疏水性物质。准备泥浆倒在300毫米x 50毫米,12毫米高,滑动模,立即拆除,为了获得合格和可再生的棒状泥浆结块(图3)。所有的测试都是在人工气候室进行的，控制相对湿度和温度,分别固定在40%和18%。水含量测试整个结块的平均重量含水量是通过时间不断地称量干燥结块记录而来的。当地含水量在不同干燥时间段的测试是通过在相同条件参考样品的干燥来快速恢复分段的。应变测试在测量应变有一个困难,因为在干燥的早期阶段泥浆的稠厚度非常低。随着时间的改变，应变的横向和纵向的变化是用卡尺测量的，这种卡尺是适用于聚四氟乙烯。卡尺的精度为1/50毫米。一根针,固定在卡尺导向轨座,需要定期且小心翼翼地与土壤接触。测量系统如图3所示。应变的三向测试都是使用这种方法。干燥限制性测试样品制备及干燥条件对于这些测试,在收缩底部创建表面纵向的约束方向,通过使用一个衬底与薄片并行级。浆体准备一样免费干燥测试和同样干燥的条件。含水量和吸力的测量在干燥期间,总含水量随时间演化被连续称重记录。对于每一个样品,一旦出现裂缝,一小块包含裂纹的浆体(约2厘米宽)检索是为了测量含水量附近的裂纹。然后剩下的浆体材料用于总含水量的测量。同样,吸入被插入一个测量土壤吸力的 UMS T5邻近的新形成的裂纹。探测器的组件细密饱和。空气进口探头的吸力是500 千帕。应变测量像自由测试一样测量压力。此外,在干燥和开裂期间数码相机定期给浆体拍照,并使用一个图像分析软件测量裂纹开口, Winanalys测试仪软件。干燥试验结果自由干燥测试重力含水量应变的关系显示干燥率为常数,相当于0.025%。1秒钟前减少20%的水分含量值。所有的自由干燥试验,没有浆体开裂。当地含水量值和应变测量执行在不同的干燥时间显示样例比中心干得更快。含水率为25%以下,这种异质性消失了,平均含水量是常数。重力含水量23%以下,浆体有稍微向上卷曲的现象。在干燥过程结束时,两个极限值已上升约2 mm.总的来说,应变测量低于23% 不太准确。对比轴向和垂直压力和重力水含量表明,浆体在垂直方向而不是水平的,到含水率为32%(对应于液限的值)。从这个值,横向收缩明显增加。各种假说对这种差异的原因可能是先进的。一个可能的解释表明,在到达液体极限值之前,土壤处于液体状态,展示结果(垂直压力大于水平压力)。在这样的状态下，约束引起的应力可忽略不计，并且不会导致开裂。对泥浆进行干燥已经有人做过这样的实验（Kodikara等，1999）。Corte（1960）观察到了它的不同与区别，它是由于样品和基板防水涂料之间的水膜的粘结作用。因此，含水量在32以下，对应于所述液体限制值被认为是不受约束的收缩，其实就是线性和各向同性的收缩在此阶段仅需说明上面的液体限制的机理。与 Richards干燥实验的比较在图5中，对平均重量分析水含量的空隙率值示为自由脱水测试以及对Richards试验。很明显，在这两个测试下21-23的水分损失有对体积应变的影响不大。这两种方法之间的差异可以被链接到准确的测径器测量的损耗时含水率在5以上。受限干燥试验 一般观察 对土体进行干燥16小时时间后，许多6至8的裂纹出现在平行于所得到的裂纹图案的照片如图6，在所有的试验中，不超过1.5小时通常将第一和最后裂纹之间经过。一旦这些裂缝形成，扩散裂土的缺口和土体的其余部分之间发生，并且两个相邻裂缝之间的每个小区的土壤表现出轻微的向上卷曲。其实，开裂后，卡尺测量不能用来测量了，要停用。裂化含水量和吸力 第一裂纹出现在平均24%的含水量时，并且最后裂纹从未出现在W= 22%，这是一个特别窄的范围。此外，当地的水含量在每个新形成的裂纹附近测量所有的裂缝，无论它们出现的顺序，总是非常接近22%。吸力通过张力测量仍然在裂纹附近的局部值，局部值等于90kPa/100kPa，其对应于在图2（a）上22%和24%之间的含水量的值。重量分析水含量-应变关系 应变演进相对于下面的液体限制值平均含水量绘于图7，平行槽口明显减少轴向应变的值（它们没有在龟裂的发病克服0.5）相比无约束的情况。作为支撑不在,特氟隆有轻微的摩擦也在横向方向上产生：菌株在这个方向比在自由脱水试验相同的水含量值低。反过来，还是对于相同的水含量，垂直应变均高于游离干燥试验观察到的值。裂纹开口现在看来，在裂缝出现大约20分钟左右裂缝开始全面发展，裂缝宽度在此时间过后慢慢演变，与残余收缩和卷曲有关联。所有的裂缝展开，一旦测得每条裂缝发育完全，被编译在图8。通过从一个试验到另一个试验，这一现象显示了一定的变化，得到了平均值和标准偏差。然而，连续的裂缝开口正在减小这一明显趋势被观察到。分析的结果裂纹的起源据推测，干燥引起的应力增量dij可以表示为：其中Eijkl是一个增量刚度张量，dm kl是指负责应力产生的机械应变，dkl是观察到的总应变率，dklh是一个自由的干燥应变率（如果干燥不限制，这是唯一一个出现的）。干燥过程中可能诱发土壤刚度显著增加。因此，在土壤中进行干燥拉伸应力试验取决于两个因素：约束诱导株（dkl - dkl0）及更改增量土壤刚度（Eijkl）。对于所讨论的实验装置，在受约束的脱水试验中，约束引起的应力可能由于：（a）边界条件的限制，（b）应变与垂直和水平的水含量梯度成正比，这并不一定满足相容性条件。 图7 菌株进化与平均含水量约 图8 裂纹宽度相对于裂纹出现的顺序 束干燥试验。鉴于已观察到的一系列平行裂纹缺口，由凹槽的轴向边界约束（a）型），显然是负责开裂。在这个方向上，样品经历拉伸应力（公式1），它可能达到的拉伸破坏极限。只有微小的水分梯度变化是沿着轴向方向（低于2%的长度），它在W = 25%以下就消失了。可能的水平（轴向）梯度引起的应力（B）型）会产生裂纹平行于试块的轴线。垂直水分梯度也非常有限，而且常常低于我们通过可靠采集的分辨率。参数控制干燥引起的应力总机械应变在图9中，机械应变（假定等于观测约束干缩应变和自由干缩应变之间的差异）的作图的平均水含量，达到第一裂纹裂缝的出现，在W = 24%。当样品损失水的时候，它经历了可测机械应变（负张力）：for the测试材料，应变阈值以上时，淡水河谷，开裂，can be Estimated to轴向3.5% in the。所有菌株的平均总应变假设其均匀性沿样品。而样品经历水平方向的牵引，能够观察到纵向收缩。让我们假设一个弹性特性和一个全空垂直干燥应力（这是按照顶部边界条件假设的）。后一种情况反应了垂直机械应变，然后由下式给出：是泊松比，,分别是横向和轴向应变。,的和可以计算为所观察到的受限干燥应变及自由干燥应变由所述两种以上报道的测试之间的差。这些应变分量是最准确的，因为它们来自横向和轴向位移，远大于垂直分量。因此，使用和，并计算在Equatin2上的应变差异，在第一裂缝发生时得到2.5的值。这个值是最后是从如图9所示的两个测试类型之间的应变差异计算得出的,为3.2。需要提醒的是，上述考虑把总应变穿过样品，这意味着，该裂缝在样品均匀分布。而测量值的变化是有限的（庇隆等，2005），效果边缘理论上预测（Hu等人，2006）的剂量仅影响不到附近的土壤的1/8。机械应变 % 垂直应变横向。应变平均含水率 % 氢气的菌株上的机械应变的计算在前款规定的建筑是由性质的约束，并通过自由干燥菌株的蛋糕经验丰富的量（公式1）。这些菌株干燥的土壤中大型塑料（这种行为是强调3）。因此，干燥应力建立可以看作是由吸入诱导的菌株的性质决定的。大的塑性应变被认为是一个应力的产生和随后的裂纹成因。控制失效准则参数对于所有的裂缝，当地的水含量和吸力值附近的裂纹在其发病是非常接近的，不论出现裂纹的秩序。同时，裂纹开始有较高的总水含量，总是接近24%。这些结果表明，虽然总机械（约束）菌株控制干燥应力的产生，干燥裂纹萌生而与当地土壤状况，开裂局部吸力与含水量的值是非常接近的进气值，进气值对裂纹萌生的影响（斯奈德和米勒，1985）。它已经表明，进气值接近缩限（见fleureau等人。2002），因此，bioley淤泥在裂纹的出现也是接近其收缩极限应力释放还假定弹性行为，一个理论的裂纹张开位移为第一裂纹可以计算。干燥引起的应力在横向方向被忽视了（虽然它存在一个可衡量的负面的机械应变），在出现第一条裂缝总应力释放这些假设，得到的是一个4.7毫米的第一裂纹张开值，这是显着高于实测值（1.3mm，参见图8）。这可能意味着应力释放并不总在第一裂纹产生，而随后的裂纹，残余应力释放一些。这些裂缝，因为他们是在较低的总水含量的出现，释放后重建的应力由于后续部分干燥。结论菌株，研究了裂纹的形成，自由和约束条形淤泥样品在干燥过程中水分含量和吸。试验所允许的边界约束，强调在裂纹萌生吸入诱导的菌株的关键作用，并绘制了脱水引起的一些结论在干燥过程中的演变。进一步的研究将集中在拉伸应力的行为与水合状态的定量分析。致谢这项工作是由瑞士国家科学基金会资助的赠款200021-101917之间的合作，与美国国家科学基金会的资助。参考文献Abu Hejleh, A. N. M. (1993)。干燥