武汉岩土所新型土工格室材料蠕变行为研究取得进展

    土工格室作为一种三维蜂窝状土工合成材料，因其优异的侧限包裹作用与岩土材料相互作用形成一个复合结构，从而实现对岩土体强度和刚度的有效提升。在路基加固、软基处理、加筋挡墙、边坡防护等方面表现出良好的加筋和防护效果。蠕变，作为土工材料在荷载长期作用下发生的变形逐渐累积现象，直接关系到土工格室加筋结构的服役寿命和长期稳定性。因此，深入探讨土工格室在不同荷载条件下的蠕变特性并准确预测其蠕变行为，对于评估土工格室加筋结构的长期服役性能至关重要。

    蠕变测试一般可采用常规蠕变试验和加速蠕变试验。常规蠕变试验是指在恒定荷载下，测试材料变形在数月甚至数年的时间内随时间而变化的特性，试验周期较长。而加速蠕变试验则是指通过改变荷载或温度等外部因素，加速材料的蠕变变形，再基于加速因子进行修正，从而在短时期内预测材料受长期荷载作用的蠕变行为。

    对此，中国科学院武汉岩土力学研究所特殊土力学与工程安全研究中心路基工程研究团队卢正研究员和赵阳博士等人在自主研发的新型土工格室材料的基础上，开展了一系列有关常规蠕变和加速蠕变的试验及模拟计算研究。团队通过考虑蠕变过程中的损伤效应，建立了基于蠕变损伤的修正Burgers模型，并通过试验结果进行了对比验证。该模型能够同时考虑材料的弹黏塑性变形，因此修正后的Burgers模型可精准预测新型土工格室材料长达数十年的蠕变变形。此外，团队基于非线性三参数模型，从材料在升温过程中的黏性变形和非黏性变形视角出发，对加速蠕变行为的机理进行了探讨。研究结果表明，非线性三参数模型对于新型土工格室材料蠕变行为具有较强的适用性，在考虑温度修正后，该模型能够精确反应土工格室材料因升温引起的加速蠕变现象。

    研究成果发表于《Geotextiles and Geomembranes》、《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》等期刊，入选2023年度湖北省优秀科技论文，主编《公路路基土工格室应用技术规程 T/CECS G: D23-01-2023》。研究工作得到了国家自然科学基金项目（42477205）、湖北省自然科学基金创新群体项目（2023AFA019）等项目资助。

    论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266114423000845

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266114424001079

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674775524000581

图1 加速蠕变试验

图2 基于修正Burgers模型的蠕变预测

图3 基于非线性三参数模型的蠕变预测

图4 基于非线性三参数模型的加速蠕变预测