紅黏土豎向壓縮性能對側(cè)限條件的響應(yīng)機(jī)理試驗(yàn)研究.pdf

1、土是非連續(xù)、非均勻、各向異性體，它是在各種復(fù)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(xué)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(xué)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通常借助壓縮試驗(yàn)來研究土體強(qiáng)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；
　　②單面?zhèn)认奘軌汗r；
　?、坂徝?zhèn)认奘軌汗r；
　?、軐γ?zhèn)认奘軌汗r；
　?、萑?zhèn)认奘軌汗r；
　　⑥完全（四面）側(cè)限6種受壓工況。
　　然而，現(xiàn)有的試驗(yàn)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(qiáng)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(yàn)測試需求。
　　基于此，本文以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目―極端降雨作用下紅壤土坡響

3、應(yīng)試驗(yàn)與災(zāi)變機(jī)理研究‖（項(xiàng)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(yàn)裝置，將其與液壓伺服壓力機(jī)相結(jié)合，分別開展不同基本物理力學(xué)性質(zhì)、不同側(cè)限條件下紅黏土的豎向壓縮試驗(yàn)。著重研究了重塑紅黏土試樣對部分側(cè)限條件的力學(xué)響應(yīng)特征，并借助先進(jìn)的數(shù)值模擬試驗(yàn)手段構(gòu)建計(jì)算模型，以期從豎向應(yīng)力與應(yīng)變、及剪切應(yīng)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(yàn)和FLAC3D數(shù)值模擬試驗(yàn)相結(jié)合，經(jīng)對比分析，較為準(zhǔn)確地分析了紅黏土在各種復(fù)雜工況下的變形及強(qiáng)度特征。該研究將為進(jìn)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(jì)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(jìn)行室內(nèi)基本物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，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(xué)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(yàn)，并對各類側(cè)限條件下的紅黏土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系發(fā)展演化特征進(jìn)行了階段性劃分，剖析了其變化機(jī)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(qiáng)度均呈現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律。當(dāng)最終含水率一定時(shí)，紅黏土殘余強(qiáng)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(qiáng)

6、度、殘余強(qiáng)度、峰值應(yīng)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(yàn)進(jìn)行FLAC3D數(shù)值模擬試驗(yàn)，針對紅黏土立方體試樣及試驗(yàn)條件的實(shí)際受壓工況，采用正六面體模型，實(shí)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(yīng)機(jī)理試驗(yàn)研究，通過對數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗(yàn)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(dāng)室內(nèi)外試驗(yàn)條件難以達(dá)