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北京交通大学最新论文“基质吸力-应力耦相助用下非饱和红层泥岩的蠕变行为与微观结构演化”丨GDS非饱和土三轴UNSAT应用实例
宣布时间:2026-04-28 浏览次数:3047 泉源:银娱优越会


北京交通大学教育部都会地下工程重点实验室课题组2026年头在岩土工程学术期刊《Engineering Geology》揭晓了题为“Creep behavior and microstructural evolution of unsaturated red-bed mudstone under coupled matric suction-stress effects基质吸力-应力耦相助用下非饱和红层泥岩的蠕变行为与微观结构演化”(渗流压力作用下红砂岩渐进破损历程及渗透特征的试验研究)的学术论文。。。。。

本研究使用GDS双室非饱和三轴仪,, ,,,,对红层泥岩开展差别基质吸力(100/200/300 kPa)下的多级蠕变试验,, ,,,,建设吸力-应力耦合控制下的蠕变变形与微观结构演化关联模子,, ,,,,系统展现基质吸力对岩石蠕变特征、孔隙结构及刚度退化的耦合控制机制,, ,,,,证实蠕变应变随基质吸力增大而显著降低且变形机制由压缩主导向剪切主导转变、孔隙结构随吸力升高泛起细化与均一化趋势、蠕变刚度退化速率随吸力增大而减缓,, ,,,,为地下工程渗流-应力耦相助用下非饱和红层泥岩恒久稳固性评价提供直接依据。。。。。

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https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2026.108558

*论文版权归原作者和出书方所有,, ,,,,本文仅为学习交流。。。。。


以下是对这项效果的简要先容:





论文摘要


红层泥岩是中国西部普遍漫衍的沉积填筑质料,, ,,,,具有显著的湿敏性,, ,,,,在非饱和条件下易爆发恒久蠕变变形。。。。。为剖析其时间依赖性力学行为及微观结构控制机制,, ,,,,本研究接纳GDS双室非饱和三轴仪,, ,,,,在100、200和300 kPa控制基质吸力条件下开展了一系列多级蠕变试验。。。。。通过扫描电镜(SEM)和压汞法(MIP)系统研究了蠕变前后的微观结构演化。。。。。

效果批注,, ,,,,红层泥岩在基质吸力-应力耦相助用下体现出强烈的非线性时间依赖性变形特征。。。。。在高蠕变荷载水平下,, ,,,,增大基质吸力显著抑制孔隙压密和压缩变形,, ,,,,导致蠕变机制由压缩主导向剪切主导逐渐转变。。。。。唬 ;;;;饰χ饕ü銮拷峁刮裙绦岳匆种迫浔浔湫,, ,,,,而较高应力水平则会加剧结构重排和压密。。。。。微观结构剖析进一步展现,, ,,,,增大吸力可降低孔隙连通性,, ,,,,增进片状矿物间的面-面接触,, ,,,,从而有用减缓蠕变速率。。。。。别的,, ,,,,基质吸力对蠕变刚度的调控效应体现出显着的应力水平依赖性,, ,,,,且蠕变刚度泛起特征性的时间依赖性软化行为。。。。。

这些发明为深入明确非饱和红层泥岩的恒久蠕变变形机制提供了新看法,, ,,,,并为重大地质条件下高填车站场路基的恒久稳固性评价提供了有价值的参考信息。。。。。





试验装备


本研究使用了GDS非饱和土三轴试验系统UNSAT。。。。。

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相关图表


*图表为论文截图,, ,,,,版权归论文原作者和出书方所有,, ,,,,本文仅为学习交流。。。。。

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Fig. 5: GDS双室非饱和三轴蠕变试验系统

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Fig. 8: 差别基质吸力条件下三轴蠕变试验中使用的多阶段偏应力加载计划

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Fig. 9: 基质吸力对差别蠕变载荷水平下时间-轴向应变曲线的影响:(a)q 0.2SL,, ,,,,q 0.4SL;; ;;;;(b)q 0.6SL,, ,,,,q 0.8SL

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Fig. 10: 基质吸力对差别蠕变载荷水平下时间-体积应变曲线的影响:(a)q 0.2SL,, ,,,,q 0.4SL;; ;;;;(b)q 0.6SL,, ,,,,q 0.8SL

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Fig. 12: 基质吸力对差别偏应力水平下轴向应变和体积应变等应变曲线的影响:(a)轴向应变曲线;; ;;;;(b)体积应变曲线

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Fig. 14: 差别蠕变载荷水平下红层泥岩的轴向应变-体积应变关系:(a)q 0.2SL,, ,,,,q 0.4SL;; ;;;;(b)q 0.6SL,, ,,,,q 0.8SL

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Fig. 19: 红层泥岩的汞侵入和挤出曲线:(a)松散状态;; ;;;;(b)固结后

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Fig. 24: 基质吸力对差别轴向应力加载水平下时间-蠕变刚度关系的影响:(a)q 0.2SL,, ,,,,q 0.4SL;; ;;;;(b)q 0.6SL,, ,,,,q 0.8SL





研究结论



(1)蠕变变形受基质吸力与应力水平协同控制

相同加载水平下,, ,,,,吸力越低轴向蠕变应变与变形速率越大。。。。。吸力由100 kPa增至300 kPa,, ,,,,轴向应变降低约74%,, ,,,,体应变镌汰约67%,, ,,,,吸力通过增强结构稳固性抑制蠕变变形。。。。。

(2)变形机制随吸力由压缩主导向剪切主导转变

体应变孝顺随吸力升高而降低(κ由0.337降至0.196)。。。。。低吸力+高应力下易泛起孔隙塌陷与压缩主导的结构退化,, ,,,,高吸力条件下体变受抑、蠕变机制转向剪切主导。。。。。

(3)孔隙结构爆发系统重构,, ,,,,泛起细化与均一化趋势

累计入汞量随吸力升高由0.07 mL/g降至0.06 mL/g,, ,,,,孔径主峰由2–20 μm向0.1–2 μm迁徙。。。。。吸力增大降低孔隙连通性、增添片状颗粒面—面接触,, ,,,,宏观上减缓蠕变速率。。。。。

(4)蠕变刚度具有时间软化特征,, ,,,,吸力调控具应力依赖性

蠕变刚度随时间先快速降低后趋于稳固,, ,,,,高吸力条件下刚度退化更慢、更稳固,, ,,,,且在高应力水平下吸力对维持结构完整性作用更显著。。。。。

(5)非饱和红层泥岩呈强非线性时变变形

提高基质吸力可增强结构稳固、抑制蠕变应变累积;; ;;;;提高应力水平会强化颗粒重排与孔隙压密,, ,,,,加速蠕变。。。。。上述发明为高填车站场路基恒久稳固性评价提供理论依据。。。。。


备注:论文及摘要等为论文原文的中文译文,, ,,,,仅供快速参考;; ;;;;若遇语义或手艺细节歧义,, ,,,,请以英文原文为准。。。。。完整研究内容、参数取值及验证数据请查阅原文。。。。。






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