考慮應(yīng)力主軸變化下各向異性砂土靜動(dòng)力特性試驗(yàn)研究.pdf

1、在路堤、邊坡等工程中，地基土單元在固結(jié)過(guò)程中不僅主應(yīng)力大小會(huì)發(fā)生改變，大主應(yīng)力軸方向也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種涉及應(yīng)力主軸偏轉(zhuǎn)的各向異性“傾斜”固結(jié)一方面使得砂土顆粒重新排列，進(jìn)而產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)各向異性，另一方面會(huì)導(dǎo)致土體形成不同的初始固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)，包括初始豎向偏應(yīng)力以及初始扭剪應(yīng)力。在這種復(fù)雜的初始固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)條件下，當(dāng)土體進(jìn)一步承受波浪荷載、交通荷載等涉及主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜應(yīng)力路徑時(shí)，土體表現(xiàn)出來(lái)的變形和強(qiáng)度特性將變得更加復(fù)雜。因而，在實(shí)驗(yàn)室

2、模擬土體的復(fù)雜初始固結(jié)應(yīng)力條件，并進(jìn)一步開(kāi)展涉及應(yīng)力主軸變化的復(fù)雜應(yīng)力路徑下靜動(dòng)力試驗(yàn)研究，對(duì)于建立涉及應(yīng)力主軸變化這種復(fù)雜應(yīng)力條件下各向異性固結(jié)土體的變形規(guī)律和本構(gòu)模型具有十分重要的試驗(yàn)指導(dǎo)意義。
　　本文利用空心圓柱扭剪儀針對(duì)各向同性固結(jié)和各向異性“傾斜”固結(jié)飽和砂土進(jìn)行了一系列涉及應(yīng)力主軸變化的復(fù)雜應(yīng)力路徑下靜動(dòng)力排水試驗(yàn)研究。主要開(kāi)展了以下工作研究:
　　(1)分別針對(duì)各向同性固結(jié)和各向異性“傾斜”固結(jié)飽和砂土試樣進(jìn)

3、行了一系列排水靜力剪切試驗(yàn)，對(duì)比分析了制樣過(guò)程形成的固有各向異性以及“傾斜”固結(jié)誘發(fā)的各向異性對(duì)土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、峰值剪切強(qiáng)度、割線模量、剪脹關(guān)系、非共軸等靜力特性的影響，并建立了“傾斜”固結(jié)條件下增量峰值應(yīng)力比和初始割線模量與固結(jié)主應(yīng)力方向角和剪切主應(yīng)力增量角度差值之間關(guān)系。
　　(2)通過(guò)對(duì)不同固結(jié)條件和主應(yīng)力方向下剪切過(guò)程中體應(yīng)變發(fā)展的對(duì)比分析，得到了獨(dú)立于剪切主應(yīng)力方向和固結(jié)條件的統(tǒng)一相位轉(zhuǎn)換應(yīng)力比(q/p)phas。;結(jié)

4、合應(yīng)力應(yīng)變非共軸發(fā)展規(guī)律，研究了非共軸對(duì)剪脹關(guān)系的影響，并通過(guò)引入非共軸因子修正了非共軸度造成的剪脹曲線與Rowe直線型剪脹曲線的偏差。
　　(3)針對(duì)各向同性固結(jié)條件下主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，分析了應(yīng)力比對(duì)體應(yīng)變發(fā)展模式的影響，得到了與靜力剪切試驗(yàn)一致的相位轉(zhuǎn)換應(yīng)力比(q/p)phase，當(dāng)應(yīng)力比低于相位轉(zhuǎn)換應(yīng)力比時(shí)，主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中體應(yīng)變表現(xiàn)為體縮變形，反之為體脹變形。另一方面，通過(guò)引入非共軸因子分析了主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中非共軸對(duì)剪

5、脹關(guān)系的影響。
　　(4)針對(duì)各向異性“傾斜”固結(jié)條件下主應(yīng)力軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，分析了固結(jié)誘發(fā)各向異性對(duì)主應(yīng)力軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)變分量發(fā)展以及應(yīng)變流動(dòng)過(guò)程中表現(xiàn)出的應(yīng)變?cè)隽看笮“l(fā)展和非共軸演變規(guī)律的影響;發(fā)現(xiàn)了主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)最大非共軸角度可以通過(guò)應(yīng)變?cè)隽糠逯祵?duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度與試樣最薄弱方向(70°)之間的滯后角度進(jìn)行度量。研究了旋轉(zhuǎn)圈數(shù)對(duì)體應(yīng)變發(fā)展模式的影響，隨著旋轉(zhuǎn)圈數(shù)增加，試樣相對(duì)密實(shí)度不斷增大，砂土試樣從中密向密實(shí)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，

6、從而導(dǎo)致從第5圈開(kāi)始在局部旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)出現(xiàn)體脹變形，而且體脹范圍也隨著旋轉(zhuǎn)圈數(shù)增加而不斷擴(kuò)大。
　　(5)針對(duì)低路堤下地基土單元涉及應(yīng)力主軸偏轉(zhuǎn)的各向異性“傾斜”固結(jié)條件下的動(dòng)力循環(huán)排水試驗(yàn)，研究了“傾斜”固結(jié)過(guò)程中形成的不同初始固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)，包括初始豎向偏應(yīng)力qv0和初始扭剪應(yīng)力τ0，對(duì)動(dòng)力循環(huán)過(guò)程中豎向永久變形的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，第一圈永久豎向應(yīng)變與初始豎向偏應(yīng)力大小呈線性增長(zhǎng)的關(guān)系，而與初始扭剪應(yīng)力基本無(wú)關(guān);在qv0＞75k

7、Pa，τ0＞0kPa條件下，初始豎向偏應(yīng)力和初始扭剪應(yīng)力都會(huì)加速前期豎向永久變形的累積，但當(dāng)qv0≤75kPa，永久豎向應(yīng)變平均增長(zhǎng)率基本保持恒定，幾乎不受初始豎向偏應(yīng)力的影響;在Barksdale提出的對(duì)數(shù)模型的基礎(chǔ)上，建立了考慮初始豎向偏應(yīng)力和初始扭剪應(yīng)力綜合影響的永久豎向累積修正模型。
　　(6)“傾斜”固結(jié)中形成的不同初始固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)對(duì)動(dòng)力循環(huán)過(guò)程中體應(yīng)變發(fā)展的影響表明，存在一個(gè)臨界初始豎向偏應(yīng)力qv0=75kPa，將循環(huán)

8、加載過(guò)程中體應(yīng)變發(fā)展分為體脹和體縮兩種模式;初始扭剪應(yīng)力的存在會(huì)使得土體在動(dòng)力循環(huán)中產(chǎn)生體脹趨勢(shì)，而且體脹量隨著初始扭剪應(yīng)力的增大而增大。綜合考慮初始豎向偏應(yīng)力和初始扭剪應(yīng)力作用時(shí)，在(σz-σθ)-2σzθ建立了以K0固結(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)與水平軸夾角為2（αc△σ）CCL的臨界固結(jié)線CCL(Critical Consolidated Line)，當(dāng)αc△σ＞（αc△σ）CCL時(shí)后續(xù)動(dòng)力循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)為體縮變形，反之為體脹變形。
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