主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn)變化條件下飽和砂土的動力特性試驗研究.pdf

1、土的力學(xué)行為與加載路徑密切相關(guān)。與單向剪切相比，多向剪切會產(chǎn)生額外的塑性體積應(yīng)變，在不排水條件下孔隙水壓力增長的速率較高，特別是在具有主應(yīng)力軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)特點的加載條件下，砂土抵抗液化的能力也將更低。主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn)變化是地震、波浪等荷載作用下地基土體所受應(yīng)力路徑的主要特征，但目前這方面的研究成果還較少，且在已有研究資料中，幾乎所有試驗都為圓形應(yīng)力路徑試驗，對于更一般情況的橢圓形應(yīng)力路徑試驗，則幾乎沒有相關(guān)研究資料。因此有必要對此種復(fù)雜應(yīng)力條

2、件下土的力學(xué)行為進行研究。另外，實際中海床的初始應(yīng)力狀態(tài)往往是各向異性的，作為海床與海洋建筑物地基穩(wěn)定性評價中的一個基本而重要問題，探討砂土的變形與強度特性時必須考慮各向非均等的復(fù)雜初始應(yīng)力狀態(tài)和復(fù)雜的循環(huán)應(yīng)力變化模式。因此，本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金重點項目“海洋土的工程特性及其地基的變形機理研究”(NO.50639010)和國家自然科學(xué)基金項目“復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下土的本構(gòu)模型及其在海床動力學(xué)中的應(yīng)用”(NO.50179006)，利用先進的

3、“土工靜力-動力液壓三軸-扭轉(zhuǎn)多功能剪切儀”，針對飽和砂土開展了考慮主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn)變化的系列橢圓應(yīng)力路徑試驗研究。主要研究內(nèi)容和研究成果如下：
　　 1.進行了大量主應(yīng)力軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)條件下的橢圓應(yīng)力路徑試驗，探討了不同橢圓應(yīng)力條件下飽和砂土的變形與強度特性，其結(jié)果填補了以往僅進行圓形應(yīng)力路徑試驗研究的不足。結(jié)果表明，與彈性解基礎(chǔ)上得到的偏應(yīng)力保持不變的圓形應(yīng)力路徑相比，橢圓應(yīng)力路徑條件下的飽和砂土動強度發(fā)生較大范圍的變化，所得到的

4、變形性質(zhì)也更為復(fù)雜。
　　 2.通過專門設(shè)計的對比試驗，系統(tǒng)地研究了主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn)試驗中豎向偏差應(yīng)力與剪應(yīng)力幅值之比對飽和砂土動強度的影響。研究表明：當(dāng)保證橢圓面積不變時，土樣會在豎向偏差應(yīng)力與剪應(yīng)力的幅值之比達到某一臨界值時表現(xiàn)出最高的強度，應(yīng)力幅值之比偏離此臨界值越遠(yuǎn)，土樣強度越低。初始主應(yīng)力方向角、固結(jié)偏應(yīng)力比與初始中主應(yīng)力系數(shù)對此臨界值均存在影響，文中給出了相應(yīng)的取值范圍。
　　 3.研究了復(fù)雜初始應(yīng)力狀態(tài)下飽和

5、砂土的動強度特性。研究表明：初始主應(yīng)力方向角與固結(jié)偏應(yīng)力比對飽和砂土的動強度影響顯著，而初始中主應(yīng)力系數(shù)的影響不大。文中給出了飽和砂土動強度隨各因素變化的參考幅度。
　　 4.研究了復(fù)雜初始應(yīng)力狀態(tài)下飽和砂土的動應(yīng)變特性，分析初始主應(yīng)力方向角、固結(jié)偏應(yīng)力比、初始中主應(yīng)力系數(shù)以及動應(yīng)力幅值等因素對飽和砂土的動應(yīng)變發(fā)展的影響。研究表明：非均等固結(jié)條件下，固結(jié)偏應(yīng)力比對廣義剪應(yīng)變增長模式影響最為顯著；初始主應(yīng)力方向角對飽和砂土應(yīng)力，應(yīng)

6、變關(guān)系特性影響最大。通過對大量試驗數(shù)據(jù)的回歸分析，得到一個可以描述不同固結(jié)偏應(yīng)力比條件下累積廣義剪應(yīng)變隨振次增長趨勢的統(tǒng)一公式。
　　 5.分析孔隙水壓力發(fā)展的時程曲線，研究飽和砂土的動孔隙水壓力增長特性，分析各種因素對動孔隙水壓力增長特性的影響。研究表明：非均等固結(jié)條件下，固結(jié)偏應(yīng)力比對歸一化后的孔隙水壓力隨振次增長模式影響最為顯著；不同固結(jié)條件下的歸一化孔隙水壓力隨應(yīng)變增長模式卻基本相同。建立了復(fù)雜應(yīng)力條件下飽和砂土孔隙水壓