主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)下重塑粘土與原狀粘土特性試驗(yàn)研究.pdf

1、交通、波浪等荷載作用下的土體中會(huì)發(fā)生主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn),主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)應(yīng)力路徑與常規(guī)三軸試驗(yàn)路徑不同,土體相應(yīng)的響應(yīng)存在顯著差異。本文在前人研究基礎(chǔ)上,用浙江大學(xué)空心圓柱扭剪儀(ZJU-HCA)對(duì)杭州原狀和重塑粘土進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究。本文研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 首先設(shè)定兩組原狀軟粘土試樣預(yù)設(shè)相同的應(yīng)力路徑,對(duì)相同應(yīng)力路徑下應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn):(1)實(shí)際試驗(yàn)中恒定的剪應(yīng)力q或主應(yīng)力軸偏轉(zhuǎn)角(α)應(yīng)力路徑可以得到有效實(shí)施,數(shù)

2、據(jù)波動(dòng)幅度很小,準(zhǔn)確度很高;(2)相同應(yīng)力路徑下,兩組試樣試驗(yàn)得到的軸向應(yīng)力應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)力應(yīng)變曲線非常接近,扭剪應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)交變化幅度也很小,最大差值僅為0.03％;(3)試樣的各應(yīng)變分量變化與對(duì)應(yīng)應(yīng)力分量的變化相符合,應(yīng)變分量變化合理。這些結(jié)果說明儀器性能可靠,試驗(yàn)重復(fù)性好,可比度高,測試結(jié)果準(zhǔn)確。
　　 對(duì)杭州原狀粘土開展固結(jié)不排水定向剪切和純主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn),試驗(yàn)中保持平均主應(yīng)力p=150kPa和中主應(yīng)力系數(shù)b=0.5,探

3、討初始剪應(yīng)力對(duì)純主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)下各應(yīng)變分量、廣義剪應(yīng)變、剪切模量和孔壓開展的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)徑向應(yīng)變、環(huán)向應(yīng)變、軸向應(yīng)變和扭剪應(yīng)變的變化特征及初始剪應(yīng)力大小對(duì)各應(yīng)變分量開展的影響與前期研究成果吻合;(2)土體經(jīng)受前期主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)使后期主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廣義剪應(yīng)變顯著增加,且剪切模量降低;(3)根據(jù)雙重屈服面理論推導(dǎo)了純主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)下的孔壓系數(shù)表達(dá)式,發(fā)現(xiàn)孔壓系數(shù)受土體彈性體積變形模量和體積屈服面函數(shù)影響,結(jié)合孔壓線性擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)

4、,若初始剪應(yīng)力低于峰值剪應(yīng)力,體積屈服面函數(shù)不受主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)影響;當(dāng)初始剪應(yīng)力接近峰值剪應(yīng)力,主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)下試樣的孔壓上升速率相對(duì)較高。
　　 論文重點(diǎn)對(duì)杭州重塑粘土開展固結(jié)不排水定向剪切試驗(yàn),參與了室內(nèi)重塑粘土真空抽吸固結(jié)筒的研制,研究了不同初始應(yīng)力狀態(tài)對(duì)重塑粘土應(yīng)力應(yīng)變、孔壓和強(qiáng)度特性的影響.結(jié)果表明:(1)重塑粘土的軸向應(yīng)力應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)力應(yīng)變變化模式主要受主應(yīng)力軸偏轉(zhuǎn)角控制,軸向應(yīng)交和環(huán)向應(yīng)交以主應(yīng)力軸偏轉(zhuǎn)角等于45°為界

5、向正負(fù)向變化;相比而言,徑向應(yīng)力應(yīng)變和扭剪應(yīng)力應(yīng)變變化模式受主應(yīng)力軸偏轉(zhuǎn)角影響小,徑向應(yīng)變和扭剪應(yīng)變未出現(xiàn)正負(fù)向變化特點(diǎn);(2)不同中主應(yīng)力系數(shù)對(duì)重塑粘土的孔壓和強(qiáng)度變化有一定的影響,但主應(yīng)力軸偏轉(zhuǎn)角對(duì)孔壓開展模式及強(qiáng)度變化影響小;(3)研究發(fā)現(xiàn)以廣義剪應(yīng)力峰值,或穩(wěn)定孔壓作為判別重塑粘土的破壞標(biāo)準(zhǔn)都不合適,通過對(duì)土體達(dá)到規(guī)定廣義剪應(yīng)變時(shí)土體強(qiáng)度發(fā)揮度的研究,建議取廣義剪應(yīng)變等于8％時(shí)的強(qiáng)度作為重塑粘土的破壞強(qiáng)度。
　　 為進(jìn)一

6、步加深主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)下粘土原生和次生各向異性關(guān)系的認(rèn)識(shí),對(duì)相似應(yīng)力路徑下原狀粘土與重望粘土的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明:(1)次生各向異性主要影響粘土應(yīng)力應(yīng)變和孔壓開展模式,其中軸向應(yīng)力應(yīng)變、環(huán)向應(yīng)力應(yīng)變和孔壓開展模式主要受次生各向異性控制;相比之下,次生各向異性對(duì)徑向應(yīng)力應(yīng)變、扭剪應(yīng)力應(yīng)交、廣義剪應(yīng)力應(yīng)變的開展模式影響小;(2)原生各向異性對(duì)各應(yīng)力分量開展范圍和幅值大小及強(qiáng)度變化有顯著影響,其中原狀粘土的各應(yīng)力幅值變化量變化范圍和幅值

7、大小都明顯高于重塑粘土,原狀粘土的強(qiáng)度變化受原生各向異性影響大,但重塑粘土在不同主應(yīng)力軸偏轉(zhuǎn)角上的歸一化強(qiáng)度變化不大。
　　 論文還對(duì)相似應(yīng)力路徑下重塑砂土和重塑粘土的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,旨在研究相似應(yīng)力路徑下不同土體的響應(yīng),結(jié)果表明:(1)相似應(yīng)力路徑下重塑砂土和重塑粘土的孔壓開展模式存在顯著區(qū)別,砂土有明顯的相交點(diǎn),粘土則沒有;(2)重塑砂土和重塑粘土的應(yīng)力應(yīng)交曲線也存在較大的差別,砂土存在明顯的應(yīng)變軟化和硬化現(xiàn)象,而粘土僅