非飽和粉砂臨界狀態(tài)試驗(yàn)研究.pdf

1、土的臨界狀態(tài)是土力學(xué)中最為重要的概念之一，其給出了土體變形過(guò)程的終點(diǎn)，對(duì)于分析土體基本力學(xué)性質(zhì)和建立相應(yīng)的本構(gòu)模型都十分重要?，F(xiàn)有的臨界狀態(tài)理論是針對(duì)飽和土建立的，而對(duì)于非飽和土的臨界狀態(tài)，雖然在一些非飽和土本構(gòu)模型中有所涉及，但它的基本定義和需要滿足的充分條件均沒(méi)有明確給出，相關(guān)的試驗(yàn)研究成果極為匱乏。因此，采用試驗(yàn)研究方法，探討非飽和土達(dá)到臨界狀態(tài)過(guò)程中各狀態(tài)參量的變化規(guī)律以及達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)所需滿足的基本條件，將為后續(xù)的理論研究提供

2、試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，為非飽和土工程問(wèn)題的分析和解決提供理論基礎(chǔ)。
　　以非飽和粉砂為研究對(duì)象，利用非飽和土三軸試驗(yàn)系統(tǒng)(GDS)和飽和土全自動(dòng)三軸儀開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)研究，分別測(cè)定了不同干密度粉砂在不同凈應(yīng)力和吸力條件下剪切至臨界狀態(tài)過(guò)程中，土體的強(qiáng)度、體變、含水量及飽和度等相關(guān)狀態(tài)參量的變化規(guī)律。在對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，借鑒飽和土臨界狀態(tài)理論的建立方法，并結(jié)合非飽和土的特性，給出了非飽和土剪切達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)需滿足的基本條件，并建立了

3、不同坐標(biāo)平面上非飽和土臨界狀態(tài)方程，具體研究成果如下:
　　1.針對(duì)某一特定初始干密度下的非飽和粉砂，通過(guò)開(kāi)展不同凈應(yīng)力、不同吸力下的三軸剪切試驗(yàn)，得到了臨界狀態(tài)時(shí)非飽和粉砂的各個(gè)狀態(tài)變量（如偏應(yīng)力、比體積、平均凈應(yīng)力、孔隙水比體積等）的變化規(guī)律，揭示了非飽和粉砂剪切至臨界狀態(tài)時(shí)所需滿足的基本條件。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)隨著軸向應(yīng)變的不斷增加，不同初始干密度粉砂試樣的偏應(yīng)力、體應(yīng)變以及飽和度曲線最終趨于一穩(wěn)定值。(2)剪切過(guò)程中飽和

4、度的變化規(guī)律主要受體應(yīng)變的影響，受含水量變化的影響較小。基于上述試驗(yàn)規(guī)律，分析了飽和度作為非飽和土臨界狀態(tài)評(píng)判指標(biāo)的適用條件，即:試驗(yàn)剪切結(jié)束前后含水量變化較小或剪切過(guò)程中試樣滲透性較好的非飽和土，可以考慮將飽和度作為土體是否剪切至臨界狀態(tài)的評(píng)判指標(biāo)。
　　2.針對(duì)不同初始干密度的非飽和粉砂，通過(guò)開(kāi)展不同應(yīng)力條件下的三軸剪切試驗(yàn)，對(duì)比分析了不同初始干密度試樣在剪切過(guò)程中強(qiáng)度和體應(yīng)變的變化規(guī)律，驗(yàn)證了松砂、密砂各自的典型力學(xué)特性。試

5、驗(yàn)結(jié)果表明:干密度1.96g/cm3的粉砂表現(xiàn)出密實(shí)砂土的剪脹特性，以及達(dá)到峰值后開(kāi)始軟化的強(qiáng)度特性;干密度1.6g/cm3的粉砂則表現(xiàn)為松砂的剪縮特性，以及不斷硬化的強(qiáng)度特性。
　　3.基于上述試驗(yàn)研究成果，建立了q-p'、v-lnp'、vw-lnp'平面內(nèi)的臨界狀態(tài)線方程，提出了從強(qiáng)度、變形和孔隙水三個(gè)方面對(duì)非飽和粉砂臨界狀態(tài)進(jìn)行綜合描述的方法，揭示了臨界狀態(tài)條件下非飽和粉砂強(qiáng)度、孔隙比、孔隙水比體積隨吸力的變化規(guī)律。研究結(jié)果