平面應(yīng)變條件下黃土剪切破壞與屈服特性研究.pdf

1、黃土在我國(guó)分布較為廣泛，具有特殊的結(jié)構(gòu)性和水敏性等特征，多數(shù)黃土地區(qū)實(shí)際工程的應(yīng)變狀態(tài)問(wèn)題可歸結(jié)于平面應(yīng)變問(wèn)題，在已有的平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)研究中大多只注重等壓固結(jié)條件下的黃土破壞特性，并未充分考慮到土體所處實(shí)際圍壓條件以及剪切破壞和屈服的區(qū)別。論文針對(duì)黃土區(qū)域較為常見(jiàn)的平面應(yīng)變類(lèi)工程問(wèn)題，通過(guò)對(duì)真三軸儀進(jìn)行平面應(yīng)變改造，并且考慮初始固結(jié)應(yīng)力條件的影響，分別在等壓固結(jié)與偏壓固結(jié)條件下對(duì)不同含水率、固結(jié)圍壓及初始固結(jié)應(yīng)力比時(shí)的非飽和原狀黃土開(kāi)展平

2、面應(yīng)變豎向加載固結(jié)排水剪切試驗(yàn)，以此對(duì)原狀黃土在不同固結(jié)條件時(shí)的剪切變形及剪切破壞、屈服特性進(jìn)行了研究，并通過(guò)對(duì)比分析破壞與屈服時(shí)的應(yīng)力條件來(lái)探討兩者的異同，為今后進(jìn)一步完善平面應(yīng)變條件下的黃土力學(xué)研究和黃土地區(qū)平面應(yīng)變工程的建設(shè)提供理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)依據(jù)。本文主要研究成果如下:
　　(1)平面應(yīng)變條件下偏壓固結(jié)時(shí)原狀黃土的強(qiáng)度明顯高于等壓固結(jié)，含水率越低或固結(jié)圍壓越高則強(qiáng)度越大;剪切過(guò)程中，中主應(yīng)力及中主應(yīng)力系數(shù)隨豎向應(yīng)變發(fā)展均呈非

3、線(xiàn)性增長(zhǎng)，隨含水率或圍壓升高曲線(xiàn)形態(tài)逐漸由弱硬化向強(qiáng)硬化型或近似線(xiàn)性轉(zhuǎn)變;初始固結(jié)應(yīng)力比越大中主應(yīng)力越大，但中主應(yīng)力系數(shù)隨之減小。
　　(2)原狀黃土的側(cè)向變形在低圍壓時(shí)以側(cè)向膨脹變形為主，含水率越高變形越大。高圍壓時(shí)則以側(cè)向壓縮變形為主，但呈現(xiàn)兩種變形規(guī)律:一種是側(cè)向收縮變形達(dá)到峰值之后開(kāi)始膨脹變形，另一種為持續(xù)發(fā)生壓縮變形，初始固結(jié)應(yīng)力比較大時(shí)后者居多，偏壓固結(jié)條件下的側(cè)向變形較等壓固結(jié)更大;體應(yīng)變主要呈剪縮變形，僅在低含水率

4、及低圍壓時(shí)先剪縮后剪脹，高含水率或圍壓時(shí)剪縮變形明顯。低圍壓時(shí)初始固結(jié)應(yīng)力比越小剪縮變形越明顯，高圍壓時(shí)與之相反。
　　(3)通過(guò)η-εs關(guān)系曲線(xiàn)的首、尾切線(xiàn)的交點(diǎn)確定剪切屈服點(diǎn)，屈服剪應(yīng)力比范圍介于0.02-0.19之間，且隨含水率或圍壓升高而降低，隨初始固結(jié)應(yīng)力比增大而升高。原狀黃土的屈服不僅與含水率、圍壓及初始固結(jié)應(yīng)力比有關(guān)，也與其原生結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和豎向裂隙特性有關(guān)。
　　(4)原狀黃土破壞時(shí)的應(yīng)力條件與強(qiáng)度均高于屈服時(shí)。

5、破壞及屈服時(shí)的中主應(yīng)力和中主應(yīng)力系數(shù)均隨含水率的升高而減小，隨圍壓或初始固結(jié)應(yīng)力比的升高而增大，破壞時(shí)中主應(yīng)力變化規(guī)律更明顯;破壞及屈服時(shí)的中主應(yīng)力系數(shù)均隨固結(jié)應(yīng)力比越大，含水率與塑限大小的關(guān)系以及試驗(yàn)圍壓的大小對(duì)破壞和屈服時(shí)中主應(yīng)力系數(shù)的變化規(guī)律有顯著影響，破壞中主應(yīng)力系數(shù)變化規(guī)律性較強(qiáng);破壞中主應(yīng)力系數(shù)范圍為0.15-0.45，屈服中主應(yīng)力系數(shù)范圍為0.03-0.25。
　　(5)依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出莫爾圓及強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)，可知粘聚