復(fù)雜應(yīng)力路徑下砂土的非共軸特性試驗研究.pdf

1、在交通荷載、地震荷載等作用下，大主應(yīng)力方向改變和主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象是普遍存在的。隨著空心圓柱扭剪儀不斷在巖土工程試驗中得到廣泛應(yīng)用，土體的各向異性的研究不斷深入，主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜的應(yīng)力路徑的變形特點的得到廣泛的研究。而土體的各向異性也包括了土的非共軸特性，很多學(xué)者通過數(shù)值分析研究發(fā)現(xiàn)，在主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)試驗中現(xiàn)象的非共軸特性已經(jīng)非常明顯。而且在本構(gòu)模擬和實際工程中，如果不考慮土體非共軸特性的影響將會使工程結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)。但有關(guān)砂土的非共

2、軸研究并沒有系統(tǒng)的考慮各個因素的影響，而且有關(guān)更復(fù)雜的應(yīng)力路徑下非共軸的研究相對較少。因而，本文從兩種不同應(yīng)力路徑出發(fā)，研究了砂土的非共軸特性的影響規(guī)律，為以后非共軸模型的建立提供了一些參考。
　　本文主要研究內(nèi)容和取得的研究成果如下:
　　1.分別針對不同中主應(yīng)力系數(shù)、不同大主應(yīng)力方向、不同密實度、不同材料進行了一系列的定向剪切試驗。對比分析了各個因素對砂土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和非共軸關(guān)系的影響。試驗結(jié)果表明：（1）隨著大主應(yīng)力

3、方向角的變化，砂土強度呈現(xiàn)明顯差異性。當大主應(yīng)力方向角為600左右時，砂土剪切強度最低，當大主應(yīng)力方向角為00時，砂土的剪切強度最強。（2）中主應(yīng)力系數(shù)對砂土剪切強度影響明顯，隨著中主應(yīng)力系數(shù)增大，強度逐漸減小。在大主應(yīng)力向角為300時，當中主應(yīng)力系數(shù)較小時，有剪切應(yīng)力峰值的出現(xiàn)。同時當中主應(yīng)力系數(shù)很小時，砂土的剪切強度較大。（3）砂土的非共軸角度隨著大主應(yīng)力方向角的變化而變化，非共軸角度并不僅僅為正，當α＞600時，非共軸角度出現(xiàn)負值

4、。當中主應(yīng)力系數(shù)較低時，砂土的非共軸性相對比較明顯，甚至可以達到200左右，當中主應(yīng)力系數(shù)增加到0.5以上時，大主應(yīng)力方向角較小時也會出現(xiàn)非共軸角度為負值。（4）密實度對砂土的非共軸影響不大，一般相差100左右。而顆粒形狀對強度的影響較為顯著，但對非共軸角度影響不大，一般相差20-30左右。所以顆粒形狀對非共軸特性在一定條件下是可以忽略不計。
　　2.針對實際交通荷載作用下路基等土體的真實受力狀況，模擬了循環(huán)扭剪應(yīng)力路徑，通過改變

5、循環(huán)扭剪比、密實度、圍壓、循環(huán)豎向應(yīng)力比等變量，研究了豎向應(yīng)力累積變化、體應(yīng)變變化關(guān)系以及非共軸變化關(guān)系。試驗結(jié)果表明：（1）隨著豎向應(yīng)力比的增加，豎向應(yīng)變累積的越大，在前期豎向應(yīng)變累積的速率也越大。在循環(huán)加載初期，土體的變形逐漸展開，隨著圈數(shù)的增加，土體在加載前期的累積變形速率明顯比加載后期的要大很多。在四種不同的循環(huán)應(yīng)力比中，當循環(huán)圈數(shù)為1000圈時，豎向應(yīng)變累積基本上完成了大約60%左右。（2）密實度對豎向應(yīng)變的累積的影響相對不明