0前 言
软土的循环荷载效应研究开始于 20 世纪 50 年代。 早期 Seed（1958，1961）及其同事首先开展了低路堤 交通往复荷载作用下路基变形特性研究[1，2]，Wilson （1974）、Baligh（1978）等研究了循环荷载作用下非 弹性正常固结粘土的一维固结问题，推导出了循环荷 载下土超孔隙水压力及沉降的解析解[3，4]。Andersen （1980，1988）[5，6]研究了粘土的循环剪切强度、变 形及孔压变化规律。Mladen（1988）指出随着超固结 比增大，粘土循环剪切模量退化率降低[7]。Hyd（e 1986） 对粉质粘土试样进行了一系列循环不排水强度试验， 显示正常、弱超固结土的循环加载将引起超固结度的 明显增长[8]。Silvestri[9]、Narasimha[10]等人研究结果表
摘 要：本文介绍对上海淤泥质饱和粘土在长期循环荷载作用下的变形特性的试验研究结果。考虑到土的各向异性性
质，在三轴试验中，在 K0 固结条件下把土试样恢复到天然的 K0 应力状态，然后进行排水及不排水单向循环加载蠕变试 验。从试验结果可以观察到一些重要的现象：（1）当循环轴向应力小于初始固结压力的 50％时，饱和粘土的循环蠕变
段是非稳定阶段，变形速率随循环周数增加由大变小，
1 试验仪器
压，保证试样不至于产生体积膨胀，围压与反压匀速 增加，反压控制终值等于试样所在土层的静水压力； 第二步进行 K0 固结，恢复试样到原位状态，固结过程 中反压力保持不变，围压以非常小的速率增加，通过 体变控制保持试样直径不变，试验终止条件以轴向压 力达到土样上覆土层压力为标准；第三步进行三轴循 环蠕变试验，循环试验采用正弦波加载，循环加载周 期为 5 分钟。
220
162 正弦波 156 形荷载 140
试验在英国 GDS 仪器设备公司生产的 2 Hz 动态 试验系统(DYNTTS)上进行。该系统主要由三轴压力 室、围压控制源、反压控制源、轴向荷载驱动器、量 测设备、数据采集器、计算机等组成。整个系统由计 算机控制，可自动实现数据的采集处理及试验过程图 形的绘制，并具有多个试验模块，可进行固结、常规 三轴、高级加载、应力路径、渗透、动态三轴等试验。 系统的主要技术参数包括：围压及反压控制范围为 0～2 MPa，控制精度 1 kPa，体积变化控制精度 1 mm3， 轴向位移测量分辨率 0.08 µm，轴向最大荷载 10 kN， 测量精度高于满量程的 0.1％。
循环荷载可分为短期循环荷载（如地震荷载）和 长期循环荷载（交通、风、波浪荷载）两类。与交通、
───────
基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划项目 收稿日期: 2004–11–23
第9期
朱登峰，等. 饱和软粘土的循环蠕变特性
1061
风、波浪、机器振动等长期循环荷载作用有关的地基 问题，由于荷载强度小、作用时间长，影响较大的是 变形问题。如日本某低路堤高速公路，在投入运行后， 路基发生了惊人的沉降，5 a 后达 1～2 m[14]。这表明 在长期循环荷载作用下，粘土变形随时间逐步发展， 循环累积变形效应显著，应引起足够重视。
第 27 卷 第 9 期 2005 年 9 月
岩 土 工程 学报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.27 No.9 Sep., 2005
饱和软粘土的循环蠕变特性
朱登峰 1，黄宏伟 1，殷建华 2
（1.同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092；2.香港理工大学 土木及结构工程学系，香港 中国）
由于天然土的应力应变关系与初始固结条件有 关，因此，土的 K0 值的准确确定对研究土的动态行为， 特别对于 K0<1 的正常或弱超固结粘土是非常重要的 [15]。试验中应尽力重复土由 K0 值控制的这一预剪条 件，对试样首先进行 K0 固结，使土样恢复到现场原位 状态。
试验内容分为排水循环蠕变、不排水循环蠕变试 验，试验加载控制参数如表 1 所示。
Abstract: A study on the deformation behavior of a saturated soft clay under cyclic loading was presented. Considering the intrinsic anisotropy of the soil, a soil specimen was initially restored to the in-situ stress state under K0 consolidation in a triaxial cell, and then the specimen was sheared in the same triaxial cell under axial cyclic loading and tested in a drained or undrained creep condition. The test results showed that: (a) The cyclic creep process of the saturated clays could be divided into three stages if the cyclic axial stress was less than 50% of the initial confining pressure. (b) The cyclic strain could be divided into two parts, that is, a irreversible accumulated strain and a reversible strain. The magnitude of the there was approximately a linear relation between the reversible strain and the amplitude of the cyclic stress. (c) The increase of excess pore water pressure initially lagged behind that of stress. The stable excess pore pressure was about 50% of the stress amplitude for a undrained specimen, however the residual excess pore water pressure was approximately 20% of stress amplitude for a drained specimen. Key words: saturated clay; cyclic loading; creep; K0 consolidation
明循环荷载作用下粘土的有效固结压力、变形、不排 水强度受加载频率影响。Dutt[11]指出正常固结粘土的 循环行为和循环加载及随后单调加载的超固结材料一 致。Liang[12]等根据边界面塑性力学概念，采用二阶应 力张量结点不变量及粘土构造张量考虑材料的各向异 性，提出动荷载下饱和软粘土的本构模型。蒋军、陈 龙珠（2001）研究了不同加载波形循环荷载作用下饱 和重塑粘土的变形特性[13]。
(1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Department of Civil and Structure Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China)
2 试验方法及内容
所需要测的一些基 本物理参数
试验土样取自上海第四层灰色淤泥质粘土，沉积 层厚约 10 m，含云母及贝壳碎屑，夹薄层粉性土。该 层土的基本物理性质指标为：天然含水率 51.6％，天 然重度为 16.7 kN/m3，比重 2.75，孔隙比 1.44，液限 43.9％，塑限 24.0％。
图 2 为孔压、偏应变、偏应力与循环周数 N 的关 系曲线，图中 P、D、V 分别表示每一应力循环的峰值 点、基准值点、谷值点，qa 表示偏应力幅值。由图 2 （a）、（b）可见，孔压在加载初期上升后，随循环周 数增加基本稳定在一定范围内，但是当应力幅值增大 时，孔压增长不是很稳定，这是由于循环加载的高应 力率使得整个试样体积在循环期间不能达到孔压均 衡、以及孔压量测数据采集与应力数据采集不一致引 起；孔压增长与应力幅值有一定的正比关系，但孔压
试验步骤如下：首先将土样在切土架上制成直径 5 cm、高 10 cm 的试样，然后把试样小心安装在三轴 压力室内，避免试样扰动，密封容器开始试验；试验 第一步进行反压饱和，饱和过程使围压设定略大于反
3 试验结果及分析
影响周期荷载作用下粘性土变形和孔压的因素有 很多，本次试验考虑了排水条件和剪应力水平对蠕变 的影响，关于加载频率对粘土变形和孔压的影响还存 在争议，未取得一致的认识，分析可能与粘土的粘滞 特性有关[16]。本次试验也曾变化加载周期，结果显示 对粘土的变形及孔压影响不明显。 3.1 不排水循环蠕变
文献标识码：A
文章编号：1000–4548(2005)09–1060–05
作者简介：朱登峰(1975– )，男，博士生，研究方向是循环荷载作用下软土理论研究及其工程应用。
Cyclic creep behavior of saturated soft clay
ZHU Deng-feng1, HUANG Hong-wei1, YIN Jian-hua2
可分成三个阶段；（2）循环应变可分成不可逆的累积应变与可逆应变两部分，可逆应变的大小与循环应力幅值近似成
线性关系；（3）孔压增长较为滞后，不排水试样孔压增长稳定时其值约为应力幅值 50％，而排水试样的残余孔压约为
应力幅值的 20％。
关键词：饱和粘土；循环荷载；蠕变，K0 固结