真三軸條件下結(jié)構(gòu)性黃土的強(qiáng)度規(guī)律與強(qiáng)度準(zhǔn)則的適應(yīng)性研究.pdf

1、巖土材料的強(qiáng)度問題一直是巖土力學(xué)研究的熱點(diǎn)。天然沉積的土往往具有原生各向異性、結(jié)構(gòu)性，以及加載作用下的次生各向異性和結(jié)構(gòu)損傷性，導(dǎo)致土的強(qiáng)度規(guī)律變化更加復(fù)雜。盡管人們?cè)诓粩嗟难芯刻剿髦腥〉昧舜罅康某晒槍?duì)結(jié)構(gòu)性黃土這種具有特殊性質(zhì)天然沉積土材料的強(qiáng)度破壞問題，不管是試驗(yàn)研究還是理論分析都顯不足。復(fù)雜應(yīng)力條件下結(jié)構(gòu)性黃土的強(qiáng)度問題也一直沒有得到深入研究。
　　本文在對(duì)多種結(jié)構(gòu)性黃土的真三軸試驗(yàn)基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行了不同結(jié)構(gòu)性黃土在真

2、三軸試驗(yàn)條件下的強(qiáng)度變化規(guī)律研究，分析了兩種傳統(tǒng)強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)結(jié)構(gòu)性黃土的適應(yīng)性。然后，針對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)度準(zhǔn)則在描述結(jié)構(gòu)性黃土不足的基礎(chǔ)上，基于具有定法向的空間滑動(dòng)面的Mises準(zhǔn)則和變法向的動(dòng)態(tài)空間滑動(dòng)面的Matsuoka-Nakai準(zhǔn)則，以及Mohr-Coulomb準(zhǔn)則描述土剪切破壞面的特征，發(fā)展Mises準(zhǔn)則和Matsuoka-Nakai準(zhǔn)則空間滑動(dòng)面概念，建立了軸對(duì)稱壓縮和軸對(duì)稱擠伸兩組靜態(tài)空間滑動(dòng)面以及一次方和開三次方兩個(gè)動(dòng)態(tài)空間滑動(dòng)面

3、;提出了不同的動(dòng)、靜態(tài)空間滑動(dòng)面上相應(yīng)的強(qiáng)度準(zhǔn)則;分析了多種結(jié)構(gòu)性黃土的真三軸試驗(yàn)結(jié)果在這些空間滑動(dòng)面上的強(qiáng)度規(guī)律;進(jìn)行了多個(gè)空間滑動(dòng)面強(qiáng)度準(zhǔn)則的適應(yīng)性分析。得出如下主要研究成果:
　　(1)利用西安理工大學(xué)自主研發(fā)真三軸儀上不同原狀黃土方樣的試驗(yàn)結(jié)果，以及人工制備結(jié)構(gòu)性黃土長方體高樣的試驗(yàn)結(jié)果，揭示了結(jié)構(gòu)性黃土應(yīng)力空間的強(qiáng)度變化規(guī)律和人工制備結(jié)構(gòu)性黃土的殘余強(qiáng)度變化規(guī)律，分析了不同黃土的結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度規(guī)律的影響，以及結(jié)構(gòu)剪切破壞后

4、殘余強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)性充分發(fā)揮后強(qiáng)度規(guī)律之間的差異。
　　(2)比較π平面上不同結(jié)構(gòu)性黃土的強(qiáng)度規(guī)律和人工結(jié)構(gòu)性黃土的殘余強(qiáng)度規(guī)律。當(dāng)不同結(jié)構(gòu)性黃土的破壞強(qiáng)度由大變小時(shí)，其在π平面上的破壞線表現(xiàn)為從抹圓曲邊三角形向抹圓角三角形變化;人工結(jié)構(gòu)性黃土在π平面上的強(qiáng)度破壞線呈現(xiàn)為抹圓曲邊三角形，其殘余強(qiáng)度破壞線和Mohr-Coulomb準(zhǔn)則破壞線較相近。
　　(3)將不同結(jié)構(gòu)性黃土的真三軸試驗(yàn)強(qiáng)度規(guī)律與Mohr-Coulomb準(zhǔn)則和Ma

5、tsuoka-Nakai準(zhǔn)則比較，分析了它們對(duì)結(jié)構(gòu)性黃土的適應(yīng)性。Mohr-Coulomb準(zhǔn)則和Matsuoka-Nakai準(zhǔn)則在描述結(jié)構(gòu)性黃土的強(qiáng)度時(shí)，均存在一定的誤差，其中Mohr-Coulomb準(zhǔn)則的誤差要大于Matsuoka-Nakai準(zhǔn)則。Mohr-Coulomb準(zhǔn)則在描述結(jié)構(gòu)性較弱的黃土?xí)r，誤差較小，隨著結(jié)構(gòu)性的增強(qiáng)，其誤差在逐漸增大。兩個(gè)強(qiáng)度準(zhǔn)則所描述的強(qiáng)度均小于實(shí)際結(jié)構(gòu)性土的強(qiáng)度值。
　　(4)在八面體面的基礎(chǔ)上，

6、提出了軸對(duì)稱壓縮和軸對(duì)稱擠伸兩組定法向的空間靜態(tài)滑動(dòng)面，建立了相應(yīng)的靜態(tài)空間滑動(dòng)面強(qiáng)度準(zhǔn)則?？紤]到主應(yīng)力軸方向在結(jié)構(gòu)性土單元幾何空間上的變化，得到了軸對(duì)稱壓縮和軸對(duì)稱擠伸兩組（六個(gè)）靜態(tài)空間滑動(dòng)面及其相應(yīng)的強(qiáng)度準(zhǔn)則。兩組（六個(gè)）靜態(tài)空間滑動(dòng)面在土單元幾何空間上具有不同的法向;在應(yīng)力空間中，不同靜態(tài)空間滑動(dòng)面的強(qiáng)度準(zhǔn)則破壞面關(guān)于三個(gè)主應(yīng)力軸均具有非對(duì)稱性。針對(duì)兩組靜態(tài)空間滑動(dòng)面強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)結(jié)構(gòu)性黃土的適應(yīng)性進(jìn)行了分析，軸對(duì)稱壓縮（σ2＞σ1

7、=σ3）空間滑動(dòng)面準(zhǔn)則和軸對(duì)稱擠伸（σ2=σ1＞σ3）空間滑動(dòng)面準(zhǔn)則在描述不同結(jié)構(gòu)性原狀黃土的強(qiáng)度規(guī)律時(shí)具有良好地一致性。
　　(5)在Matsuoka-Nakai準(zhǔn)則SMP空間滑動(dòng)面基礎(chǔ)上，提出了一次方（σ）和開三次方（3√σ）變法向的動(dòng)態(tài)空間滑動(dòng)面，分別建立了兩個(gè)動(dòng)態(tài)空間滑動(dòng)面上的強(qiáng)度變化規(guī)律關(guān)系和相應(yīng)的強(qiáng)度準(zhǔn)則。與不同結(jié)構(gòu)性黃土真三軸條件下強(qiáng)度變化規(guī)律比較，開三次方空間滑動(dòng)面強(qiáng)度準(zhǔn)則能夠更好地描述強(qiáng)結(jié)構(gòu)性黃土的強(qiáng)度規(guī)律，比傳

8、統(tǒng)的Mohr-Coulomb準(zhǔn)則和Matsuoka-Nakai準(zhǔn)則更具有適應(yīng)性。
　　(6)軸對(duì)稱壓縮（σ2＞σ1=σ3）空間滑動(dòng)面強(qiáng)度準(zhǔn)則、軸對(duì)稱擠伸（σ2=σ1＞σ3）空間滑動(dòng)面準(zhǔn)則和3√σ空間滑動(dòng)面強(qiáng)度準(zhǔn)則在主應(yīng)力空間σ1＞σ2＞σ3域（π平面上羅德角變化的一個(gè)600域）內(nèi)的破壞面差異較小。但隨著大主應(yīng)力的旋轉(zhuǎn)變化，兩個(gè)定法向靜態(tài)空間滑動(dòng)面強(qiáng)度準(zhǔn)則在π平面上其它不同600域內(nèi)，其強(qiáng)度破壞面與3√σ空間滑動(dòng)面強(qiáng)度破壞面的差異較

9、大，且并非對(duì)每個(gè)主應(yīng)力軸均對(duì)稱。大主應(yīng)力始終作用于天然原狀黃土水平面上的真三軸強(qiáng)度變化規(guī)律與兩個(gè)定法向強(qiáng)度準(zhǔn)則的一致性說明了它們反映天然土存在微裂隙及原生各向異性強(qiáng)度特性的可行性。
　　(7)3√σ動(dòng)態(tài)空間滑動(dòng)面的法向變化范圍小于Matsuoka-Nakai準(zhǔn)則的SMP空間滑動(dòng)面，更接近于具有等傾向法向的八面體空間滑動(dòng)面。π平面上3√σ動(dòng)態(tài)空間滑動(dòng)面強(qiáng)度準(zhǔn)則的破壞面介于Matsuoka-Nakai準(zhǔn)則破壞面和廣義Mises準(zhǔn)則破壞