季冻区沼泽草炭土结构特性及本构关系研究

季冻区沼泽草炭土具有分解速度慢，分解不完全，由大量植物纤维构成，沼泽下处于还原环境等特殊的特性。在诸多土类中，草炭土是最为少见的软土之一，随着经济建设的飞速发展，工程规模逐步扩大，有必要结合草炭土的相关工程，研究草炭土结构性对其力学特性的影响，揭示草炭土工程问题发生的内在机理，进而建立合理描述草炭土强度和变形特性的本构模型。在解决草炭土工程问题，满足其对工程可靠性、稳定性、耐久性和安全性的更高要求的同时，也会极大地促进土的结构性理论的发展和应用。本项目将针对草炭土的结构性进行研究，通过对比试验的数据整理，分析草炭土变形的内在机理得出强度模型，同时将草炭土的细观结构与强度特征相结合，建立适合草炭土的本构模型，使其能较为精确的描述草炭土的力学性质，为今后在工程中进行数值模拟提供选取合理模型和参数的理论依据，更好的指导地质工程实践。

季冻区沼泽草炭土具有分解速度慢，分解不完全，由大量植物纤维构成，沼泽下处于还原环境等特殊的特性。在诸多土类中，草炭土是最为少见的软土之一，随着经济建设的飞速发展，工程规模逐步扩大，有必要结合草炭土的相关工程，研究草炭土结构性对其力学特性的影响，揭示草炭土工程问题发生的内在机理，进而建立合理描述草炭土强度和变形特性的本构模型。在解决草炭土工程问题，满足其对工程可靠性、稳定性、耐久性和安全性的更高要求的同时，也会极大地促进土的结构性理论的发展和应用。本项目针对草炭土的结构性和本构关系进行研究，首先对吉林省东部地区沼泽草炭土的分布、成因、工程性质进行研究，从物质组成、物理力学特性、时空特征等方面研究草炭土区别于泥炭土的本质原因。其次对分解度和有机质含量与草炭土物理力学指标的相关性进行了分析，通过进行分解度试验分析草炭土分解度的变化规律，同时对草炭土的原状样与重塑样进行相应的力学性质对比试验，得到草炭土原状样和重塑样的结构特性及受力变化的规律。利用正交设计试验原理对其进行应力路径试验方案设计，研究不同应力路径下原状草炭土的偏应力-轴向应变或偏应变特性、体应力-体应变特性、强度特性以及加卸载状态下的卸载体缩特性，结合草炭土的分解度、有机质含量及微细观结构对其形成机理进行研究。最后从数值模拟和应力路径两方面建立本构模型，一是基于分解度对草炭土强度的影响，结合相关试验数据，采用BP神经网络和RBF神经网络方法代替数学方法建立本构模型，在建模的同时考虑了不同分解度对草炭土性质的影响，不仅避免了数学建模确定复杂的函数参数和建立一系列假设条件，还可以真实地反映了草炭土的本构关系特征。二是运用非线性增量理论、弹塑性理论、加卸载准则以及应力路径等效原理建立了能够反映吉林省东部地区原状草炭土的非线性、压硬性、卸载体缩性以及胀缩性的应力路径本构模型，结合常规路径的三轴试验对模型进行了验证，结果表明计算的应力-应变规律与试验结果基本吻合，能够较好地反映原状草炭土的变形和强度特性。