李麗

摘要：針對黃土蠕變問題，結合對相關學者所采用的一維固結蠕變試驗、三軸蠕變試驗、平面蠕變試驗及其他試驗方法下所展開的研究進行簡要論述，目的是對未來黃土蠕變的后續(xù)研究提供一些有益的參考和借鑒。

Abstract： Aiming at the question of loess creep， this paper briefly discusses the research carried out under the one-dimensional consolidation creep test， triaxial creep test， plane creep test and other creep tests adopted by relevant scholars， in order to provide some useful references for the follow-up research of loess creep in the future.

關鍵詞：黃土;蠕變試驗;應力路徑;研究現(xiàn)狀

Key words： the loess;creep test;stress path;the research status

中圖分類號：TU444 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）25-0251-03

0 ?引言

中國是世界上黃土分布范圍最廣、厚度最大的國家。近年，隨著經(jīng)濟高速發(fā)展及“西部大開發(fā)”、“一帶一路”等戰(zhàn)略的實施，西部城鎮(zhèn)建設工作大力開展，用地需求不斷增加，極大地推動了對黃土的深入研究。

黃土屬于典型的非飽和土，具有獨特的柱狀節(jié)理與高孔隙性，其物理力學性質受含水狀態(tài)影響較大。因其特殊的結構性與水敏感性，黃土產生的持續(xù)性蠕變容易引起邊坡滑坡、路基挖方邊坡失穩(wěn)、建筑物地基沉降等工程破壞問題，嚴重威脅到人民的生命財產安全[1-2]。目前，已有眾多學者對黃土的蠕變問題展開了研究[3-8]。黃土蠕變的試驗方法大致分為兩種：現(xiàn)場蠕變位移監(jiān)測、室內蠕變試驗?，F(xiàn)場蠕變位移監(jiān)測[9-10]經(jīng)濟成本相對較高，且易受到環(huán)境干擾，但在工程實踐中必不可少;室內蠕變試驗能便捷、準確地得到蠕變變形曲線及其特征參數(shù)，包括微觀試驗與宏觀試驗;部分學者在完成現(xiàn)場蠕變位移監(jiān)測或室內蠕變試驗后還會基于有限元法等對相關問題進行數(shù)值模擬。

本文就相關學者對黃土蠕變室內試驗研究的三個方面做以概括和總結，以期對后續(xù)研究提供一些有益的參考和借鑒。

1 ?研究現(xiàn)狀

1.1 基于一維固結蠕變試驗的黃土蠕變特性研究現(xiàn)狀

2015年，葛苗苗等[11]開展大量一維固結蠕變試驗，討論含水率、壓實度對蠕變特性的影響，驗證了在反映壓實黃土應變-時間關系時Burger模型的適用性，并基于模型使用數(shù)值仿真軟件得到黃土高填方工后沉降規(guī)律。此后，葛苗苗等[12]又針對壓實黃土進行了長期蠕變試驗，得到了一種非線性經(jīng)驗蠕變模型，并在此基礎上，得到工后沉降與填料的含水率、壓實度間滿足對數(shù)關系。周遠強等[13]以呂粱機場黃土高填方為背景，對重塑黃土進行單軸固結蠕變試驗，獲得了變形時效參數(shù)。并基于填方體及原地基相關因素，分析工后沉降敏感度系數(shù)變化規(guī)律。羅汀等[14]把蠕變時間也假設成一種加載，在最終荷載、蠕變時間相同的條件下，通過改變荷載與蠕變的加載次序，進行了四種加載方式下的一維蠕變試驗，得到了加載路徑對重塑黃土蠕變變形的影響規(guī)律。張豫川等[15]展開一維固結蠕變試驗，選取不同模型擬合壓實黃土應變-時間關系，對比發(fā)現(xiàn)Burgers模型能較好描述該變形規(guī)律，并在數(shù)值模擬后得到黃土高填方的沉降穩(wěn)定期限。谷拴成等[16]基于一維固結儀，將土樣制成圓柱形，在中心沿直徑方向鉆孔，放置攝像探頭，全程監(jiān)測黃土在蠕變各個階段的變化。相較傳統(tǒng)固結儀，得到了蠕變的衰減、穩(wěn)定、加速三個完整階段，且此方法易操作、影響因素少、數(shù)據(jù)可靠性更強。

1.2 基于三軸蠕變試驗的黃土蠕變特性研究現(xiàn)狀

王松鶴等[17]對陜西楊凌某黃土邊坡試樣開展了三軸剪切蠕變試驗，討論時間、偏應力對應變速率的影響，建立了經(jīng)驗蠕變模型，與Burgers模型相比，精度更高、參數(shù)更少且易獲取，能更好描述該地區(qū)黃土的應力-應變-時間關系。此外，筆者還基于該試驗推導并驗證了在三軸應力條件下，黏滯系數(shù)與時間、偏應力的經(jīng)驗公式。李廣冬等[18]針對陜西武功縣Q3黃土，利用改進的應力型三軸蠕變儀，開展三軸剪切蠕變試驗，探討圍壓、干體積質量、含水率對蠕變變形的影響，并提出了經(jīng)驗蠕變模型。趙憲民等[19]針對延安地區(qū)Q2黃土，開展了三軸蠕變試驗，分析應力水平、圍壓、含水率對蠕變規(guī)律的影響，建立了在三維應力條件下考慮瞬時損傷的本構模型，擬合發(fā)現(xiàn)，此模型適用于該地區(qū)Q2黃土的蠕變研究。王鵬程等[20]把陜西涇陽縣某邊坡重塑黃土作為研究對象，開展三軸固結排水蠕變試驗，重點研究了土樣在0.90壓實度下，含水率、圍壓對蠕變特性的影響，并據(jù)此建立兩種經(jīng)驗蠕變模型。唐皓等[21]在不同含水量條件下，對Q2黃土開展三軸蠕變試驗，并選用四元件非線性蠕變模型，該模型含有基于分數(shù)階微積分所得的元件，對試驗結果進行處理，得到了含水損傷蠕變模型，可以有效描述Q2黃土的流變特征。張昊等[22]針對延安機場高填方黃土，在不同圍壓條件下，進行三軸固結不排水蠕變試驗，建立了高應力條件下高填方地基黃土的蠕變經(jīng)驗模型。雷恒等[23]在研究陜西扶風縣黃土邊坡的穩(wěn)定性時，采用SR-60型雙聯(lián)三軸蠕變儀，開展三軸固結排水蠕變試驗，分析了含水率、固結圍壓、偏應力水平對蠕變變形的影響規(guī)律，并得到擬合精度高、能較好模擬該地區(qū)黃土蠕變過程的Singh-Mitchell修正模型。郭鴻等[24]使用SR-6型三聯(lián)式三軸蠕變儀，進行固結排水蠕變試驗，研究在分別加載、分級加載時的蠕變特性，并提出了在這兩種不同的加載方式下，蠕變變形穩(wěn)定值間的轉換經(jīng)驗公式、離散元模型。楊春景等[25]利用SR-60型雙聯(lián)三軸蠕變儀，對非飽和重塑黃土開展固結排水蠕變試驗，并據(jù)此建立經(jīng)驗模型，與Singh-Mitchell、Mesri模型相比，該模型精度高、參數(shù)少且易獲得。范濤等[26]針對延安地區(qū)重塑Q3黃土，通過改進K0三軸蠕變儀，進行三軸固結排水蠕變試驗，得到了關于豎向應力的自定義蠕變模型與參數(shù)，適用于描述該地區(qū)重塑Q3黃土的蠕變特性。陳勇戰(zhàn)等[27]研究山西太原某地重塑黃土時，利用一維壓縮儀器、Geocomp全自動三軸儀，開展了一系列為期72天的一維壓縮蠕變試驗、三軸固結排水蠕變試驗，得到了重塑黃土在循環(huán)加卸載時的一維蠕變特性、及在不同圍壓下的三軸蠕變特性。王新剛等[28]采用改進的FSR-10非飽和三軸蠕變儀，在控制基質吸力狀態(tài)下，對黃土開展了三軸蠕變試驗，得到偏應力、基質吸力、圍壓對蠕變特性的影響。谷拴成等[29]基于SR-6型土體三軸流變試驗機，采用分組加卸載方式開展試驗，獲得了原狀Q3黃土的加卸載曲線、應變速率—時間曲線;并據(jù)此建立加速西原模型，此模型能很好地描述黃土的加速蠕變階段;筆者還根據(jù)冪函數(shù)方程，提出了適用于西安地區(qū)Q3黃土的長期強度方程。蔣煉等[30]通過不同溫度作用下凍結黃土的蠕變試驗，得到了軸向應變、體應變隨時間的變化關系。歐湘萍等[31]對蘭州定遠隧道的黃土進行了三軸蠕變試驗，在探討多種本構模型后，最后確定了適用于描述該隧道濕陷性黃土流變特性的本構模型。

1.3 基于平面蠕變試驗等的黃土蠕變特性研究現(xiàn)狀

為了能更準確地解決平面應變狀態(tài)下的黃土蠕變問題，胡連信等[32]把真三軸儀通過兩次改造為平面蠕變儀，進行了固結平面蠕變試驗，得到了在不同偏應力水平下平面蠕變的軸向、側向形變量及穩(wěn)定時間規(guī)律。郭鴻等[33]利用改造的平面蠕變儀，開展了固結蠕變試驗，分析含水率、固結壓力、剪應力對重塑黃土蠕變變形的影響，建立了適用于描述黃土平面蠕變的經(jīng)驗模型。

此外，劉身偉等[34]對黃土滑坡原狀滑帶土開展蠕變與應力松弛試驗，得到了不同應力等級下土樣的蠕變曲線、應力松弛曲線，據(jù)此探討了黃土滑坡滑帶土的流變特性。龐旭卿等[35]采用載荷裝置和高壓固結儀，對不同強夯水平下壓實黃土開展蠕變試驗，探討含水率、壓實度對結構屈服強度的影響，提出了能描述壓實黃土流變特征的本構模型。李金華等[36]針對延安地區(qū)的黃土高填方，開展了高壓固結蠕變試驗，討論初始含水率、壓實度、固結壓力等對蠕變變形的影響，得到了可反映該地區(qū)高填方工后沉降的蠕變模型。王永剛等[37]針對蘭州濕陷性黃土隧道，結合室內試驗、微觀結構測試、數(shù)值模擬等，系統(tǒng)地研究了此種隧道的病害機理、基底加固、長期蠕變特性。陳瓊等[38]為了研究黃土坡滑坡滑帶土在不同固結狀態(tài)下的蠕變特性，先采用單向加載、加載-卸載、加載-卸載-再加載的方式分別固結滑帶土，再在不同固結狀態(tài)下對滑帶土開展剪切蠕變試驗，擬合分析后發(fā)現(xiàn)Burgers模型能夠較好地反映滑帶土在不同固結狀態(tài)下的蠕變特性。

2 ?結論與展望

本文通過對大量文獻的閱讀與總結，論述了不同應力加載路徑下學者所展開的黃土蠕變試驗研究的概況。針對黃土蠕變的試驗研究，從一維固結蠕變試驗到三軸蠕變試驗，再到平面蠕變試驗及其它蠕變試驗研究;加載路徑由常規(guī)三軸應力路徑到多種復雜應力路徑;針對黃土蠕變特性的分析，也由宏觀特性深入到宏觀、微觀相結合的力學特征分析。在黃土蠕變試驗研究中，離不開壓實度、含水率、圍壓、偏應力水平等因素對黃土蠕變變形的影響，討論經(jīng)典模型在各地區(qū)黃土應力-應變-時間關系中的適用性，通過數(shù)值模擬進行修正或提出可反映該地區(qū)的經(jīng)驗蠕變模型，描述壓實黃土變形規(guī)律，以便對實際施工提供一些參考。對黃土蠕變的研究歷經(jīng)多年已經(jīng)取得不錯的成效，但由于土體自身的復雜多變性，仍存在很多問題有待解決。目前所展開的室內試驗研究，還處于理論積累階段，其研究成果在工程的應用還存在一些理論論證過程;有學者引進或研發(fā)了一些新型試驗設備，得到了新的研究成果，但還未在大范圍內進行推廣，其適用性也還有待進一步的驗證。如何探索出更直觀、更方便地觀察黃土土體蠕變變化的研究方法，得到蠕變各階段更完整的變形過程，構建能更準確描述蠕變特性的模型，并廣泛地應用到工程實踐中，將是我們未來研究的方向和目標。

參考文獻：

[1]劉同有.西部大開發(fā)中的巖石力學與工程地質問題[J].巖石力學與工程學報，2003，22（增2）：2541-2543.

[2]龍建輝，郭文斌，李萍，等.黃土滑坡滑帶土的蠕變特性[J].巖土工程學報，2010，32（7）：1023-1028.

[3]羅汀，姚仰平，蔡東艷.黃土蠕變的試驗研究[J].西安建筑科技大學學報，1995，27（3）：304-308.

[4]王有余.不同應力水平下黃土的蠕變試驗研究[J].公路與汽運，2005（2）：73-75.

[5]嚴紹軍，項偉，唐輝明，等.大巖淌滑坡滑帶土蠕變性質研究[J].巖土力學，2008，29（1）：58-62，68.

[6]王松鶴，駱亞生，楊靜敬.原狀黃土固結蠕變特性試驗研究[J].水文地質工程地質，2009，36（6）：72-75.

[7]朱才輝，李寧，劉俊平.壓實Q3馬蘭黃土蠕變規(guī)律研究[J].西安理工大學學報，2011，27（4）：392-399.

[8]劉清秉，王順，夏冬生，等.殘余強度狀態(tài)下原狀滑帶土蠕變特性試驗研究[J].巖土力學，2017，38（5）：1305-1313.

[9]劉憲周.陜西彬縣百子溝滑坡預報的嘗試[J].災害學，1998（1）：53-56.

[10]馬非，賈善坡.泥巖巷道圍巖彈塑性參數(shù)反演分析與長期穩(wěn)定性預測[J].巖土力學，2014（7）：1987-1994.

[11]葛苗苗，李寧，鄭建國，等.基于一維固結試驗的壓實黃土蠕變模型[J].巖土力學，2015，250（11）：3164-3170，3306.

[12]葛苗苗，李寧，鄭建國，等.基于蠕變試驗的黃土高填方工后沉降規(guī)律數(shù)值研究[J].西安理工大學學報，2015，31（03）：295-300，305.

[13]周遠強，吳宏，朱才輝，等.黃土高填方工后沉降影響因素敏感性分析[J].西安理工大學學報，2018，34（1）：92-98.

[14]羅汀，陳棟，姚仰平，等.加載路徑對重塑黃土一維蠕變特性的影響[J].巖土工程學報，2018，40（07）：1294-1299.

[15]張豫川，高飛，呂國順，等.基于黃土蠕變試驗的高填方地基沉降的數(shù)值模擬[J].科學技術與工程，2018，18（30）：220-227.

[16]谷拴成，胡春暉，黃榮賓.基于一維固結儀的黃土蠕變試驗方法[J].長江科學院院報，2018，35（11）：91-95.

[17]王松鶴，駱亞生.黃土三軸剪切蠕變特性研究[J].巖土工程學報，2010，32（10）：1633-1637.

[18]李廣冬，駱亞生，王志杰，等.Q3黃土的三軸蠕變試驗研究[J].中國農村水利水電，2011（1）：127-129，132.

[19]趙憲民，段釗，何青峰，等.延安Q2黃土三軸蠕變特性試驗研究[J].長江科學院院報，2012，29（11）：77-81，86.

[20]王鵬程，駱亞生，胡連信，等.重塑黃土三軸蠕變特性研究及模型分析[J].巖土力學，2015，36（06）：1627-1632，1642.

[21]唐皓，段釗，趙法鎖，等.基于分數(shù)階微積分的Q2黃土含水損傷蠕變模型[J].長江科學院院報，2015，32（08）：78-83.

[22]張昊，顧強康，裴元新，等.高應力條件下黃土三軸蠕變試驗及經(jīng)驗模型[J].空軍工程大學學報（自然科學版），2015，16（05）：20-23.

[23]雷恒，楊春景，劉子祺.黃土三軸蠕變試驗與Singh-Mitchell模型修正[J].水電能源科學，2015，33（10）：112-115.

[24]郭鴻，駱亞生，王鵬程.分別、分級加載下壓實黃土三軸蠕變特性及模型分析[J].水力發(fā)電學報，2016，35（04）：117-124.

[25]楊春景，張迪.非飽和重塑黃土三軸蠕變試驗研究[J].長江科學院院報，2016，33（06）：75-78.

[26]范濤，顧強康，劉少博，等.重塑Q3黃土K0三軸蠕變特性的試驗研究[J].水土保持通報，2016，36（03）：56-61.

[27]陳勇戰(zhàn)，仝飛，劉嬋.重塑黃土一維與三維蠕變特性研究[J].施工技術，2017，46（S1）：1197-1201.

[28]王新剛，谷天峰，王家鼎.基質吸力控制下的非飽和黃土三軸蠕變試驗研究[J].水文地質工程地質，2017，44（04）：57-61，70.

[29]谷拴成，胡春暉.西安地區(qū)Q3原狀黃土蠕變特性試驗研究[J].水利水電快報，2018，39（11）：58-62.

[30]蔣煉，侯豐，劉恩龍，等.凍結黃土三軸蠕變特性[J].人民黃河，2019，41（02）：148-152.

[31]歐湘萍，閆志濠，李塘，等.濕陷性黃土的流變本構模型研究[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2019，43（04）：590-595.

[32]胡連信，駱亞生.平面蠕變儀的改造及黃土平面蠕變試驗[J].人民黃河，2015，37（05）：122-124.

[33]郭鴻，駱亞生，胡連信，等.黃土平面蠕變模型[J].中山大學學報（自然科學版），2017，56（06）：94-99.

[34]劉身偉，王菁莪，劉清秉.黃土坡滑坡原狀滑帶土的蠕變與應力松弛性質[J].水利與建筑工程學報，2016，14（03）：137-142.

[35]龐旭卿.基于蠕變試驗的路基壓實黃土流變本構模型研究[J].鐵道科學與工程學報，2017，14（06）：1206-1216.

[36]李金華，方華強，吳士德.高應力下重塑黃土蠕變特性試驗[J].河南科技大學學報（自然科學版），2018，39（03）：56-60，7-8.

[37]王永剛，龐小沖，陳宏斌.大斷面黃土隧道基底加固與長期穩(wěn)定性分析[J].公路交通技術，2018，34（z1）：33-40.

[38]陳瓊，崔德山，王菁莪，等.不同固結狀態(tài)下黃土坡滑坡滑帶土的蠕變試驗研究[J].巖土力學，2020（05）：1-8.