基于壓縮試驗(yàn)的中低壓縮性粉質(zhì)黏土結(jié)構(gòu)屈服壓力研究.pdf

1、在已有研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)土體結(jié)構(gòu)屈服壓力的概念進(jìn)行了深入分析和系統(tǒng)性總結(jié)，提出了一定的新認(rèn)識(shí);研究了環(huán)壁摩擦力的作用機(jī)理，設(shè)計(jì)浮環(huán)式固結(jié)容器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，分析了環(huán)壁摩擦力對(duì)壓縮變形的誤差影響特征;基于時(shí)間效應(yīng)現(xiàn)象，開(kāi)展壓縮試驗(yàn)對(duì)土體變形狀態(tài)理論進(jìn)行了驗(yàn)證，進(jìn)而確定結(jié)構(gòu)屈服壓力;同時(shí)，初步探討了基于結(jié)構(gòu)屈服壓力與地基總荷載大小關(guān)系確定壓縮層厚度的新方法。主要工作和結(jié)論如下:
　　(1)結(jié)構(gòu)性是土體表現(xiàn)出固體材料性質(zhì)的一種廣義屬性，

2、在中低和低壓縮性土中表現(xiàn)尤為顯著，也是原狀土和重塑土具有結(jié)構(gòu)屈服壓力的根本原因;原狀土結(jié)構(gòu)屈服壓力由先期固結(jié)壓力、壓密強(qiáng)度增量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度組成，重塑土的組成為前期壓實(shí)壓力和壓密強(qiáng)度增量。結(jié)構(gòu)屈服壓力對(duì)土體的變形發(fā)展規(guī)律有顯著影響，是土體的一種特征強(qiáng)度。
　　(2)由于壓縮試驗(yàn)為完全側(cè)限條件，試樣的變形最終會(huì)達(dá)到收斂狀態(tài);結(jié)構(gòu)屈服壓力作為荷載閾值，可以將土體的壓縮變形狀態(tài)分為快速收斂和緩慢收斂?jī)煞N類別。根據(jù)附加應(yīng)力作用下的變形擬合冪次

3、值、壓縮系數(shù)和壓縮模量的大小以及變化特征，可以對(duì)壓縮變形狀態(tài)進(jìn)行判別。
　　(3)討論了兩種固結(jié)容器中環(huán)壁摩擦力的作用機(jī)制差異，從試樣壓縮變形差值和相對(duì)誤差兩方面分析了環(huán)壁摩擦力對(duì)不同壓力和壓實(shí)度下試樣壓縮變形的影響規(guī)律，分析表明:浮環(huán)式固結(jié)容器可以明顯減小環(huán)壁摩擦力對(duì)固結(jié)試驗(yàn)壓縮變形的影響，相比于固定式固結(jié)容器試樣側(cè)表面的環(huán)壁摩擦力單向分布形式，浮環(huán)式容器的環(huán)壁摩擦力呈反向?qū)ΨQ分布，試樣受力更加均勻，變形量更大，試驗(yàn)更接近理想壓

4、縮狀態(tài)力學(xué)條件。
　　(4)為了減小傳統(tǒng)固定式固結(jié)容器中環(huán)壁摩擦力對(duì)試驗(yàn)的干擾，設(shè)計(jì)了一種浮環(huán)式固結(jié)容器，使用固定式和浮環(huán)式固結(jié)容器對(duì)不同壓實(shí)度下的重塑粉質(zhì)黏土飽和試樣進(jìn)行了4組標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)，試驗(yàn)表明:環(huán)壁摩擦力對(duì)試樣壓縮變形的影響程度與試樣的荷載水平和軟硬狀態(tài)密切相關(guān);環(huán)壁摩擦力導(dǎo)致的試樣壓縮變形差值隨壓力增加而增大，相對(duì)誤差則相反;壓縮變形差值和相對(duì)誤差隨壓實(shí)度提高而逐漸增大，并在高壓密狀態(tài)下的變化趨于穩(wěn)定。環(huán)壁摩擦力對(duì)較硬土

5、質(zhì)和較小壓力條件下的固結(jié)試驗(yàn)壓縮變形影響最為顯著，引起的相對(duì)誤差高達(dá)20％左右。
　　(5)為了驗(yàn)證土體變形狀態(tài)理論，基于時(shí)間效應(yīng)原理設(shè)計(jì)壓縮試驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析表明:土體壓縮變形隨荷載水平的提高而增大，時(shí)間效應(yīng)逐漸顯著。具體為，基于“曲線形態(tài)法”，根據(jù)冪次值n隨荷載水平（附加應(yīng)力比λ）的變化規(guī)律分析，在λ=20％～30％前后可區(qū)分出土體在完全側(cè)限條件下壓縮變形隨荷載水平的增加分別呈現(xiàn)快速收斂和緩慢收斂?jī)煞N狀態(tài);進(jìn)一步地，當(dāng)λ≤20％時(shí)

6、，n≥2，基于“冪次判別法”可以判定土體變形處于快速收斂狀態(tài);在對(duì)土體在附加應(yīng)力作用下的壓縮系數(shù)aV與壓縮模量ES在進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，附加應(yīng)力比λ=20％～30％范圍前后呈現(xiàn)明顯不同的兩種變化趨勢(shì):在較大荷載水平階段，壓縮系數(shù)快速增大，壓縮模量快速降低，在荷載水平階段，兩種參數(shù)的變化趨于平緩;進(jìn)一步地，當(dāng)λ＜20％時(shí)，aV＜0.1MPa-1、ES＞15MPa，試樣在該水平的附加應(yīng)力作用下表現(xiàn)出低壓縮性特征，變形量微小并較快完成，認(rèn)為該壓縮

7、性下的變形處于快速收斂狀態(tài)。所以，λ=20％可以作為變形狀態(tài)荷載閾值的上限值，λ=30％則作為荷載閾值的下限值。
　　(6)分析了結(jié)構(gòu)屈服壓力與和土體變形狀態(tài)之間的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)初步探討了基于結(jié)構(gòu)屈服壓力確定壓縮層厚度的新方法，分析表明:對(duì)于中低壓縮性和低壓縮性重塑飽和粉質(zhì)黏土，在正常固結(jié)條件下，當(dāng)其所承受的附加應(yīng)力荷載不大于原存應(yīng)力（前期壓實(shí)壓力）的0.2倍時(shí)，其壓縮變形不會(huì)產(chǎn)生顯著時(shí)間效應(yīng)，兩種變形狀態(tài)的荷載閾值即為土體結(jié)構(gòu)屈