主應力軸旋轉下重塑粘土與原狀粘土特性試驗研究.pdf

1、交通、波浪等荷載作用下的土體中會發(fā)生主應力軸旋轉,主應力軸旋轉應力路徑與常規(guī)三軸試驗路徑不同,土體相應的響應存在顯著差異。本文在前人研究基礎上,用浙江大學空心圓柱扭剪儀(ZJU-HCA)對杭州原狀和重塑粘土進行了對比試驗研究。本文研究內容及結論如下:
　　 首先設定兩組原狀軟粘土試樣預設相同的應力路徑,對相同應力路徑下應力應變曲線進行比較,結果發(fā)現:(1)實際試驗中恒定的剪應力q或主應力軸偏轉角(α)應力路徑可以得到有效實施,數

2、據波動幅度很小,準確度很高;(2)相同應力路徑下,兩組試樣試驗得到的軸向應力應變和環(huán)向應力應變曲線非常接近,扭剪應變和環(huán)向應交變化幅度也很小,最大差值僅為0.03％;(3)試樣的各應變分量變化與對應應力分量的變化相符合,應變分量變化合理。這些結果說明儀器性能可靠,試驗重復性好,可比度高,測試結果準確。
　　 對杭州原狀粘土開展固結不排水定向剪切和純主應力軸旋轉試驗,試驗中保持平均主應力p=150kPa和中主應力系數b=0.5,探

3、討初始剪應力對純主應力軸旋轉下各應變分量、廣義剪應變、剪切模量和孔壓開展的影響。試驗結果表明:(1)徑向應變、環(huán)向應變、軸向應變和扭剪應變的變化特征及初始剪應力大小對各應變分量開展的影響與前期研究成果吻合;(2)土體經受前期主應力軸旋轉使后期主應力軸旋轉產生的廣義剪應變顯著增加,且剪切模量降低;(3)根據雙重屈服面理論推導了純主應力軸旋轉下的孔壓系數表達式,發(fā)現孔壓系數受土體彈性體積變形模量和體積屈服面函數影響,結合孔壓線性擬合結果發(fā)現

4、,若初始剪應力低于峰值剪應力,體積屈服面函數不受主應力軸旋轉影響;當初始剪應力接近峰值剪應力,主應力軸旋轉下試樣的孔壓上升速率相對較高。
　　 論文重點對杭州重塑粘土開展固結不排水定向剪切試驗,參與了室內重塑粘土真空抽吸固結筒的研制,研究了不同初始應力狀態(tài)對重塑粘土應力應變、孔壓和強度特性的影響.結果表明:(1)重塑粘土的軸向應力應變和環(huán)向應力應變變化模式主要受主應力軸偏轉角控制,軸向應交和環(huán)向應交以主應力軸偏轉角等于45°為界

5、向正負向變化;相比而言,徑向應力應變和扭剪應力應變變化模式受主應力軸偏轉角影響小,徑向應變和扭剪應變未出現正負向變化特點;(2)不同中主應力系數對重塑粘土的孔壓和強度變化有一定的影響,但主應力軸偏轉角對孔壓開展模式及強度變化影響小;(3)研究發(fā)現以廣義剪應力峰值,或穩(wěn)定孔壓作為判別重塑粘土的破壞標準都不合適,通過對土體達到規(guī)定廣義剪應變時土體強度發(fā)揮度的研究,建議取廣義剪應變等于8％時的強度作為重塑粘土的破壞強度。
　　 為進一

6、步加深主應力軸旋轉下粘土原生和次生各向異性關系的認識,對相似應力路徑下原狀粘土與重望粘土的試驗結果進行了對比,結果表明:(1)次生各向異性主要影響粘土應力應變和孔壓開展模式,其中軸向應力應變、環(huán)向應力應變和孔壓開展模式主要受次生各向異性控制;相比之下,次生各向異性對徑向應力應變、扭剪應力應交、廣義剪應力應變的開展模式影響小;(2)原生各向異性對各應力分量開展范圍和幅值大小及強度變化有顯著影響,其中原狀粘土的各應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,原狀粘土的強度變化受原生各向異性影響大,但重塑粘土在不同主應力軸偏轉角上的歸一化強度變化不大。
　　 論文還對相似應力路徑下重塑砂土和重塑粘土的試驗結果進行了比較,旨在研究相似應力路徑下不同土體的響應,結果表明:(1)相似應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,粘土則沒有;(2)重塑砂土和重塑粘土的應力應交曲線也存在較大的差別,砂土存在明顯的應變軟化和硬化現象,而粘土僅