紅黏土豎向壓縮性能對側(cè)限條件的響應機理試驗研究.pdf

1、土是非連續(xù)、非均勻、各向異性體，它是在各種復雜地質(zhì)環(huán)境中經(jīng)過漫長的地質(zhì)作用而孕育形成的，外界環(huán)境的變遷會使其物理力學性質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化。對于工程建設(shè)而言，土的承載力是最普遍、最重要的力學參數(shù)，實驗室內(nèi)通常借助壓縮試驗來研究土體強度及變形特性。在自然界中，埋藏在地表深部的巖土體通常處于全圍壓受力狀態(tài)，從側(cè)限角度上講即處于全側(cè)限受壓狀態(tài)。除此之外，自然界中以及工程建設(shè)中還分布著處于各種不同的側(cè)限受壓條件下的巖土體，參照臨空面的數(shù)量和相對位置關(guān)

2、系可將側(cè)限受壓工況劃分為：
　?、贌o側(cè)限受壓工況；
　?、趩蚊?zhèn)认奘軌汗r；
　　③鄰面?zhèn)认奘軌汗r；
　?、軐γ?zhèn)认奘軌汗r；
　?、萑?zhèn)认奘軌汗r；
　?、尥耆ㄋ拿妫﹤?cè)限6種受壓工況。
　　然而，現(xiàn)有的試驗條件只能模擬無側(cè)限受壓和完全側(cè)限受壓工況下巖土體強度、變形特征，而無法適用于其他側(cè)限工況下巖土體的試驗測試需求。
　　基于此，本文以國家自然科學基金項目―極端降雨作用下紅壤土坡響

3、應試驗與災變機理研究‖（項目編號:41462011）為依托，以江西省南昌市典型的第四系紅黏土為研究對象，通過自主研發(fā)一種側(cè)限可調(diào)節(jié)式巖土體豎向壓縮輔助試驗裝置，將其與液壓伺服壓力機相結(jié)合，分別開展不同基本物理力學性質(zhì)、不同側(cè)限條件下紅黏土的豎向壓縮試驗。著重研究了重塑紅黏土試樣對部分側(cè)限條件的力學響應特征，并借助先進的數(shù)值模擬試驗手段構(gòu)建計算模型，以期從豎向應力與應變、及剪切應變率的發(fā)展演化等角度全面分析不同側(cè)限工況下巖土體受壓過程中所

4、表現(xiàn)出的差異性。通過室內(nèi)側(cè)限豎向壓縮試驗和FLAC3D數(shù)值模擬試驗相結(jié)合，經(jīng)對比分析，較為準確地分析了紅黏土在各種復雜工況下的變形及強度特征。該研究將為進一步豐富巖土工程地下空間的利用開發(fā)理論提供有益的借鑒。
　　本文的主要工作與研究成果如下：
　　（1）在江西省南昌市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)某段公路施工處采集到大量紅黏土試樣，對紅黏土進行室內(nèi)基本物理力學性質(zhì)試驗，從而獲取紅黏土的顆粒級配、塑限WP、液限WL、黏聚力c、內(nèi)摩擦角θ等基本物

5、理力學參數(shù)。
　?。?）通過對不同初始含水率、不同最終含水率和不同干密度的紅黏土開展六種側(cè)限工況下的豎向壓縮試驗，并對各類側(cè)限條件下的紅黏土應力-應變關(guān)系發(fā)展演化特征進行了階段性劃分，剖析了其變化機理。
　?。?）隨著最終含水率的增加，無側(cè)限、單面、對面和四面?zhèn)认藜t黏土峰值強度均呈現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律。當最終含水率一定時，紅黏土殘余強度在各側(cè)限條件的大小關(guān)系為：無側(cè)限<單面?zhèn)认?對面?zhèn)认?鄰面?zhèn)认?三面?zhèn)认?。紅黏土的峰值強

6、度、殘余強度、峰值應變和壓縮模量總體上均隨干密度的增大而增大。
　?。?）對室內(nèi)紅黏土側(cè)限豎向壓縮試驗進行FLAC3D數(shù)值模擬試驗，針對紅黏土立方體試樣及試驗條件的實際受壓工況，采用正六面體模型，實現(xiàn)模擬立方體在無、單面、鄰面、對面、三面以及四面?zhèn)认逘顟B(tài)下的響應機理試驗研究，通過對數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗的試驗結(jié)果進行對比分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗的結(jié)果一致性較好，證明了數(shù)值模擬方法的可靠性和有效性，也較好例證了當室內(nèi)外試驗條件難以達