土体在骨架应力作用下,颗粒的重新排列和骨架的错动具有明显的时间效应,土体的变形和内部应力变化都与时间有关,通过大量的试验证明了土体具有粘弹性特征。土体的粘弹塑性模型建立一般采用三个基本元件: 虎克体弹簧、牛顿体粘壶和圣维南体滑块来进行组合。
粘弹性理论是固体力学的一个研究内容。它在考虑材料的弹性性质和粘性性质的基础上,研究材料内部应力和应变的分布规律以及它们和外力之间关系。材料的粘性性质主要表现为材料中的应力和应变率有关。粘弹性地基模型是在弹性地基模型基础上加入了粘弹性元件(
阻尼器或粘壶)。对于粘性元件( 阻尼器或粘壶) 它代表牛顿流体,服从
牛顿内摩擦定律。地基的粘弹性性质,可采用粘弹性模型理论来描述,粘弹性模型可以由离散的弹性元件(弹簧)和粘弹性元件 (阻尼器或粘壶) 按不同的连接方式组合而成。
粘弹性模型的本构关系可分为两部分:其一是球应力分量下的本构关系;其二是应力偏量下的本构关系。有些研究者认为剪切变形(由应力偏量引起)和体积变形(由球应力引起)可以具有相同的流变规律,也可以具有不同的流变规律,甚至认为球应力不引起粘性变形。显然,为了合理地考察工程材料在荷载作用下的粘性变形状态,有必要分别对应力偏量和球应力进行考察。当假设剪切变形和体积变形具有相同的流变规律时,应力偏量下的粘性系数和球应力下的粘性系数之间存在何种关系。
土体是天然地质材料的历史产物。土是一种复杂的
多孔材料,在受到外界荷载作用后,其变形具有以下特性:(1)土体的变形具有明显的非线性,如:土体的压缩试验e—p曲线、三轴剪切试验的应力—应变关系曲线、现场承载板试验所得的p—s曲线等;(2)土体在剪切应力作用下会产生塑性应变,同时球应力也引起塑性应变;(3)土体尤其是软黏土,具有十分明显的流变特性;(4) 由于土体的构造或沉积等原因,使土具有各向异性;(5)紧砂、超固结黏土等在受剪后都表现出应变软化的特性;(6)土体的变形与应力路径有关,证明不同的加载路径会出现较大的差别;(7)剪胀性等。为了更好地描述土体的真实力学—变形特性,建立其应力、应变和时间的关系,在各种试验和工程实践经验的基础上提出一种数学模型,即:土体的
本构关系。
麦克斯威尔模型是由一个弹簧和一个阻尼器串联而成的
粘弹性力学模型,麦克斯威尔连接方式相当于电路中的串联电路,也称松弛模型,它是模型理论中的一种基本模型。
三参量固体模型是固体在施加或取消应力后,通常立即发生一定大小的弹性应变,接着是蠕动。二参数模型中的麦克斯威尔和开尔文这两种粘弹性体模型都部分地反映了真实固体的上述性质,但在许多情况下它们并不能满意地描述应力—应变特征。对于复杂地基有时需要用到比较复杂的粘弹性模型, 所以就需要用基本元件和基本模型串联或者并联组合成较为复杂、合理的粘弹性模型。由一种基本模型和一种基本元件经过串联或者并联可以组合成不同的四种
三元件模型。
三参量流体模型由粘性元件与开尔文模型串联或由粘性元件与
麦克斯韦模型并联而成的一种线性粘弹性模型。体现粘性流动与延滞弹性的特征。
伯格斯模型是由麦克斯韦单元和开尔文单元串联而成的线性粘弹性体的一种模型。表征一种四参量流体。蠕变柔量为麦克斯韦 流体和开尔文固体两者柔量之和,呈流体特征;松弛模量含两个指数函数。可用以表示
非晶态聚合物粘弹行为的基本特征,能近似地描述一些金属蠕变曲线的前两个阶段。