基于不同应力路径加载的黄土蠕变研究的综述
李丽
摘要：针对黄土蠕变问题，结合对相关学者所采用的一维固结蠕变试验、三轴蠕变试验、平面蠕变试验及其他试验方法下所展开的研究进行简要论述，目的是对未来黄土蠕变的后续研究提供一些有益的参考和借鉴。
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.
关键词：黄土;蠕变试验;应力路径;研究现状
Key words： the loess;creep test;stress path;the research status
中图分类号：TU444 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）25-0251-03
0 ?引言
中国是世界上黄土分布范围最广、厚度最大的国家。近年，随着经济高速发展及“西部大开发”、“一带一路”等战略的实施，西部城镇建设工作大力开展，用地需求不断增加，极大地推动了对黄土的深入研究。
黄土属于典型的非饱和土，具有独特的柱状节理与高孔隙性，其物理力学性质受含水状态影响较大。因其特殊的结构性与水敏感性，黄土产生的持续性蠕变容易引起边坡滑坡、路基挖方边坡失稳、建筑物地基沉降等工程破坏问题，严重威胁到人民的生命财产安全[1-2]。目前，已有众多学者对黄土的蠕变问题展开了研究[3-8]。黄土蠕变的试验方法大致分为两种：现场蠕变位移监测、室内蠕变试验。现场蠕变位移监测[9-10]经济成本相对较高，且易受到环境干扰，但在工程实践中必不可少;室内蠕变试验能便捷、准确地得到蠕变变形曲线及其特征参数，包括微观试验与宏观试验;部分学者在完成现场蠕变位移监测或室内蠕变试验后还会基于有限元法等对相关问题进行数值模拟。
本文就相关学者对黄土蠕变室内试验研究的三个方面做以概括和总结，以期对后续研究提供一些有益的参考和借鉴。
1 ?研究现状
1.1 基于一维固结蠕变试验的黄土蠕变特性研究现状
2015年，葛苗苗等[11]开展大量一维固结蠕变试验，讨论含水率、压实度对蠕变特性的影响，验证了在反映压实黄土应变-时间关系时Burger模型的适用性，并基于模型使用数值仿真软件得到黄土高填方工后沉降规律。此后，葛苗苗等[12]又针对压实黄土进行了长期蠕变试验，得到了一种非线性经验蠕变模型，并在此基础上，得到工后沉降与填料的含水率、压实度间满足对数关系。周远强等[13]以吕粱机场黄土高填方为背景，对重塑黄土进行单轴固结蠕变试验，获得了变形时效参数。并基于填方体及原地基相关因素，分析工后沉降敏感度系数变化规律。罗汀等[14]把蠕变时间也假设成一种加载，在最终荷载、蠕变时间相同的条件下，通过改变荷载与蠕变的加载次序，进行了四种加载方式下的一维蠕变试验，得到了加载路径对重塑黄土蠕变变形的影响规律。张豫川等[15]展开一维固结蠕变试验，选取不同模型拟合压实黄土应变-时间关系，对比发现Burgers模型能较好描述该变形规律，并在数值模拟后得到黄土高填方的沉降稳定期限。谷拴成等[16]基于一维固结仪，将土样制成圆柱形，在中心沿直径方向钻孔，放置摄像探头，全程监测黄土在蠕变各个阶段的變化。相较传统固结仪，得到了蠕变的衰减、稳定、加速三个完整阶段，且此方法易操作、影响因素少、数据可靠性更强。
1.2 基于三轴蠕变试验的黄土蠕变特性研究现状
王松鹤等[17]对陕西杨凌某黄土边坡试样开展了三轴剪切蠕变试验，讨论时间、偏应力对应变速率的影响，建立了经验蠕变模型，与Burgers模型相比，精度更高、参数更少且易获取，能更好描述该地区黄土的应力-应变-时间关系。此外，笔者还基于该试验推导并验证了在三轴应力条件下，黏滞系数与时间、偏应力的经验公式。李广冬等[18]针对陕西武功县Q3黄土，利用改进的应力型三轴蠕变仪，开展三轴剪切蠕变试验，探讨围压、干体积质量、含水率对蠕变变形的影响，并提出了经验蠕变模型。赵宪民等[19]针对延安地区Q2黄土，开展了三轴蠕变试验，分析应力水平、围压、含水率对蠕变规律的影响，建立了在三维应力条件下考虑瞬时损伤的本构模型，拟合发现，此模型适用于该地区Q2黄土的蠕变研究。王鹏程等[20]把陕西泾阳县某边坡重塑黄土作为研究对象，开展三轴固结排水蠕变试验，重点研究了土样在0.90压实度下，含水率、围压对蠕变特性的影响，并据此建立两种经验蠕变模型。唐皓等[21]在不同含水量条件下，对Q2黄土开展三轴蠕变试验，并选用四元件非线性蠕变模型，该模型含有基于分数阶微积分所得的元件，对试验结果进行处理，得到了含水损伤蠕变模型，可以有效描述Q2黄土的流变特征。张昊等[22]针对延安机场高填方黄土，在不同围压条件下，进行三轴固结不排水蠕变试验，建立了高应力条件下高填方地基黄土的蠕变经验模型。雷恒等[23]在研究陕西扶风县黄土边坡的稳定性时，采用SR-60型双联三轴蠕变仪，开展三轴固结排水蠕变试验，分析了含水率、固结围压、偏应力水平对蠕变变形的影响规律，并得到拟合精度高、能较好模拟该地区黄土蠕变过程的Singh-Mitchell修正模型。郭鸿等[24]使用SR-6型三联式三轴蠕变仪，进行固结排水蠕变试验，研究在分别加载、分级加载时的蠕变特性，并提出了在这两种不同的加载方式下，蠕变变形稳定值间的转换经验公式、离散元模型。杨春景等[25]利用SR-60型双联三轴蠕变仪，对非饱和重塑黄土开展固结排水蠕变试验，并据此建立经验模型，与Singh-Mitchell、Mesri模型相比，该模型精度高、参数少且易获得。范涛等[26]针对延安地区重塑Q3黄土，通过改进K0三轴蠕变仪，进行三轴固结排水蠕变试验，得到了关于竖向应力的自定义蠕变模型与参数，适用于描述该地区重塑Q3黄土的蠕变特性。陈勇战等[27]研究山西太原某地重塑黄土时，利用一维压缩仪器、Geocomp全自动三轴仪，开展了一系列为期72天的一维压缩蠕变试验、三轴固结排水蠕变试验，得到了重塑黄土在循环加卸载时的一维蠕变特性、及在不同围压下的三轴蠕变特性。王新刚等[28]采用改进的FSR-10非饱和三轴蠕变仪，在控制基质吸力状态下，对黄土开展了三轴蠕变试验，得到偏应力、基质吸力、围压对蠕变特性的影响。谷拴成等[29]基于SR-6型土体三轴流变试验机，采用分组加卸载方式开展试验，获得了原状Q3黄土的加卸载曲线、应变速率—时间曲线;并据此建立加速西原模型，此模型能很好地描述黄土的加速蠕变阶段;笔者还根据幂函数方程，提出了适用于西安地区Q3黄土的长期强度方程。蒋炼等[30]通过不同温度作用下冻结黄土的蠕变试验，得到了轴向应变、体应变随时间的变化关系。欧湘萍等[31]对兰州定远隧道的黄土进行了三轴蠕变试验，在探讨多种本构模型后，最后确定了适用于描述该隧道湿陷性黄土流变特性的本构模型。
1.3 基于平面蠕变试验等的黄土蠕变特性研究现状
为了能更准确地解决平面应变状态下的黄土蠕变问题，胡连信等[32]把真三轴仪通过两次改造为平面蠕变仪，进行了固结平面蠕变试验，得到了在不同偏应力水平下平面蠕变的轴向、侧向形变量及稳定时间规律。郭鸿等[33]利用改造的平面蠕变仪，开展了固结蠕变试验，分析含水率、固结压力、剪应力对重塑黄土蠕变变形的影响，建立了适用于描述黄土平面蠕变的经验模型。
此外，刘身伟等[34]对黄土滑坡原状滑带土开展蠕变与应力松弛试验，得到了不同应力等级下土样的蠕变曲线、应力松弛曲线，据此探讨了黄土滑坡滑带土的流变特性。庞旭卿等[35]采用载荷装置和高压固结仪，对不同强夯水平下压实黄土开展蠕变试验，探讨含水率、压实度对结构屈服强度的影响，提出了能描述压实黄土流变特征的本构模型。李金华等[36]针对延安地区的黄土高填方，开展了高压固结蠕变试验，讨论初始含水率、压实度、固结压力等对蠕变变形的影响，得到了可反映该地区高填方工后沉降的蠕变模型。王永刚等[37]针对兰州湿陷性黄土隧道，结合室内试验、微观结构测试、数值模拟等，系统地研究了此种隧道的病害机理、基底加固、长期蠕变特性。陈琼等[38]为了研究黄土坡滑坡滑带土在不同固结状态下的蠕变特性，先采用单向加载、加载-卸载、加载-卸载-再加载的方式分别固结滑带土，再在不同固结状态下对滑带土开展剪切蠕变试验，拟合分析后发现Burgers模型能够较好地反映滑带土在不同固结状态下的蠕变特性。
2 ?结论与展望
本文通过对大量文献的阅读与总结，论述了不同应力加载路径下学者所展开的黄土蠕变试验研究的概况。针对黄土蠕变的试验研究，从一维固结蠕变试验到三轴蠕变试验，再到平面蠕变试验及其它蠕变试验研究;加载路径由常规三轴应力路径到多种复杂应力路径;针对黄土蠕变特性的分析，也由宏观特性深入到宏观、微观相结合的力学特征分析。在黄土蠕变试验研究中，离不开压实度、含水率、围压、偏应力水平等因素对黄土蠕变变形的影响，讨论经典模型在各地区黄土应力-应变-时间关系中的适用性，通过数值模拟进行修正或提出可反映该地区的经验蠕变模型，描述压实黄土变形规律，以便对实际施工提供一些参考。对黄土蠕变的研究历经多年已经取得不错的成效，但由于土体自身的复杂多变性，仍存在很多问题有待解决。目前所展开的室内试验研究，还处于理论积累阶段，其研究成果在工程的应用还存在一些理论论证过程;有学者引进或研发了一些新型试验设备，得到了新的研究成果，但还未在大范围内进行推广，其适用性也还有待进一步的验证。如何探索出更直观、更方便地观察黄土土体蠕变变化的研究方法，得到蠕变各阶段更完整的变形过程，构建能更准确描述蠕变特性的模型，并广泛地应用到工程实践中，将是我们未来研究的方向和目标。
参考文献：
[1]刘同有.西部大开发中的岩石力学与工程地质问题[J].岩石力学与工程学报，2003，22（增2）：2541-2543.
[2]龙建辉，郭文斌，李萍，等.黄土滑坡滑带土的蠕变特性[J].岩土工程学报，2010，32（7）：1023-1028.
[3]罗汀，姚仰平，蔡东艳.黄土蠕变的试验研究[J].西安建筑科技大学学报，1995，27（3）：304-308.
[4]王有余.不同应力水平下黄土的蠕变试验研究[J].公路与汽运，2005（2）：73-75.
[5]严绍军，项伟，唐辉明，等.大岩淌滑坡滑带土蠕变性质研究[J].岩土力学，2008，29（1）：58-62，68.
[6]王松鹤，骆亚生，杨静敬.原状黄土固结蠕变特性试验研究[J].水文地质工程地质，2009，36（6）：72-75.
[7]朱才辉，李宁，刘俊平.压实Q3马兰黄土蠕变规律研究[J].西安理工大学学报，2011，27（4）：392-399.
[8]刘清秉，王顺，夏冬生，等.残余强度状态下原状滑带土蠕变特性试验研究[J].岩土力学，2017，38（5）：1305-1313.
[9]刘宪周.陕西彬县百子沟滑坡预报的尝试[J].灾害学，1998（1）：53-56.
[10]马非，贾善坡.泥岩巷道围岩弹塑性参数反演分析与长期稳定性预测[J].岩土力学，2014（7）：1987-1994.
[11]葛苗苗，李宁，郑建国，等.基于一维固结试验的压实黄土蠕变模型[J].岩土力学，2015，250（11）：3164-3170，3306.
[12]葛苗苗，李宁，郑建国，等.基于蠕变试验的黄土高填方工后沉降规律数值研究[J].西安理工大学学报，2015，31（03）：295-300，305.
[13]周远强，吴宏，朱才辉，等.黄土高填方工后沉降影响因素敏感性分析[J].西安理工大学学报，2018，34（1）：92-98.
[14]罗汀，陈栋，姚仰平，等.加载路径对重塑黄土一维蠕变特性的影响[J].岩土工程学报，2018，40（07）：1294-1299.
[15]张豫川，高飞，吕国顺，等.基于黄土蠕变试验的高填方地基沉降的数值模拟[J].科学技术与工程，2018，18（30）：220-227.
[16]谷拴成，胡春晖，黄荣宾.基于一维固结仪的黄土蠕变试验方法[J].长江科学院院报，2018，35（11）：91-95.
[17]王松鶴，骆亚生.黄土三轴剪切蠕变特性研究[J].岩土工程学报，2010，32（10）：1633-1637.
[18]李广冬，骆亚生，王志杰，等.Q3黄土的三轴蠕变试验研究[J].中国农村水利水电，2011（1）：127-129，132.
[19]赵宪民，段钊，何青峰，等.延安Q2黄土三轴蠕变特性试验研究[J].长江科学院院报，2012，29（11）：77-81，86.
[20]王鹏程，骆亚生，胡连信，等.重塑黄土三轴蠕变特性研究及模型分析[J].岩土力学，2015，36（06）：1627-1632，1642.
[21]唐皓，段钊，赵法锁，等.基于分数阶微积分的Q2黄土含水损伤蠕变模型[J].长江科学院院报，2015，32（08）：78-83.
[22]张昊，顾强康，裴元新，等.高应力条件下黄土三轴蠕变试验及经验模型[J].空军工程大学学报（自然科学版），2015，16（05）：20-23.
[23]雷恒，杨春景，刘子祺.黄土三轴蠕变试验与Singh-Mitchell模型修正[J].水电能源科学，2015，33（10）：112-115.
[24]郭鸿，骆亚生，王鹏程.分别、分级加载下压实黄土三轴蠕变特性及模型分析[J].水力发电学报，2016，35（04）：117-124.
[25]杨春景，张迪.非饱和重塑黄土三轴蠕变试验研究[J].长江科学院院报，2016，33（06）：75-78.
[26]范涛，顾强康，刘少博，等.重塑Q3黄土K0三轴蠕变特性的试验研究[J].水土保持通报，2016，36（03）：56-61.
[27]陈勇战，仝飞，刘婵.重塑黄土一维与三维蠕变特性研究[J].施工技术，2017，46（S1）：1197-1201.
[28]王新刚，谷天峰，王家鼎.基质吸力控制下的非饱和黄土三轴蠕变试验研究[J].水文地质工程地质，2017，44（04）：57-61，70.
[29]谷拴成，胡春晖.西安地区Q3原状黄土蠕变特性试验研究[J].水利水电快报，2018，39（11）：58-62.
[30]蒋炼，侯丰，刘恩龙，等.冻结黄土三轴蠕变特性[J].人民黄河，2019，41（02）：148-152.
[31]欧湘萍，闫志濠，李塘，等.湿陷性黄土的流变本构模型研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2019，43（04）：590-595.
[32]胡连信，骆亚生.平面蠕变仪的改造及黄土平面蠕变试验[J].人民黄河，2015，37（05）：122-124.
[33]郭鸿，骆亚生，胡连信，等.黄土平面蠕变模型[J].中山大学学报（自然科学版），2017，56（06）：94-99.
[34]刘身伟，王菁莪，刘清秉.黄土坡滑坡原状滑带土的蠕變与应力松弛性质[J].水利与建筑工程学报，2016，14（03）：137-142.
[35]庞旭卿.基于蠕变试验的路基压实黄土流变本构模型研究[J].铁道科学与工程学报，2017，14（06）：1206-1216.
[36]李金华，方华强，吴士德.高应力下重塑黄土蠕变特性试验[J].河南科技大学学报（自然科学版），2018，39（03）：56-60，7-8.
[37]王永刚，庞小冲，陈宏斌.大断面黄土隧道基底加固与长期稳定性分析[J].公路交通技术，2018，34（z1）：33-40.
[38]陈琼，崔德山，王菁莪，等.不同固结状态下黄土坡滑坡滑带土的蠕变试验研究[J].岩土力学，2020（05）：1-8.
