冻结钙质黏土三轴剪切分数阶双曲线模型参数确定及验证

摘要

钙质黏土地层具有结冰温度低、冻结后膨胀性大、遇水易崩解、强度低等工程地质问题，一直是冻结法施工的重难点。建立形式较为简洁的剪切模型是设计钙质黏土冻结壁的关键。以淮南地区深部原状钙质黏土为研究对象，开展不同温度和围压下的三轴剪切试验，得到了温度、围压对应力-应变的影响规律，建立了剪切强度与冻结温度、围压间的关系。针对冻结钙质黏土三轴剪切应力-应变性质介于理想弹性与理想塑性之间的特性，将分数阶微积分引入到双曲线模型，建立能同时考虑温度和围压影响的冻结钙质黏土分数阶双曲线模型。对应变进行分数阶变化，得到分数阶应变与应力间的线性关系，进而分别建立温度、围压影响下的方程组。通过求解线性方程组，得到分数阶双曲线模型参数。对比分数阶双曲线模型计算的应力值、邓肯-张模型计算的应力值和冻结钙质黏土的试验值可知，所建立的冻结钙质黏土分数阶双曲线模型能够很好地描述钙质黏土的应力-应变规律，拟合精度更高。所建立的模型概念清晰，参数少、易于确定且物理意义明确，便于工程运用。

关键词

钙质黏土 / 双曲线模型 / 应力-应变曲线 / 分数阶微积分