【摘 要】
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西北干旱地区风积砂受成因、粒径级配等影响,其路基和地基等的渗透、强度、变形、破坏特性相对复杂。腾格里沙漠风积砂的成因使得砂土表现出显著的各向异性、湿陷性等特性,其变形破坏受应力状态、路径和方向,以及砂土细观特征、沉积方式、沉积面与应力之间的几何关系影响显著,多因素和特殊性给风积砂力学描述带来巨大的挑战。为此,本文建议了一种用常规三轴试验实现真三轴应力路径的试验新方法,用常规三轴的系列排水和不排水试
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西北干旱地区风积砂受成因、粒径级配等影响,其路基和地基等的渗透、强度、变形、破坏特性相对复杂。腾格里沙漠风积砂的成因使得砂土表现出显著的各向异性、湿陷性等特性,其变形破坏受应力状态、路径和方向,以及砂土细观特征、沉积方式、沉积面与应力之间的几何关系影响显著,多因素和特殊性给风积砂力学描述带来巨大的挑战。为此,本文建议了一种用常规三轴试验实现真三轴应力路径的试验新方法,用常规三轴的系列排水和不排水试验测定不同应力状态下风积砂的各向异性试验特征;用GDS真三轴仪在相同条件下对新方法的可行性进行验证,弥补风积砂常规三轴试验匮乏和几乎无真三轴试验成果的不足。为测定制样方法产生的风积砂初始各向异性及其沉积角度对强度和变形破坏的影响,采用GDS真三轴仪控制p分别为200,400和800kPa,b分别为0,0.4和0.8,沉积角分别为0°,15°,30°,45°和60°等条件下,进行等p应力路径的系列试验。主要方法和结论如下:（1）建议了一种利用常规三轴仪实现类真三轴应力或应变路径的新方法。该方法通过广义应力或应变路径将常规三轴仪和真三轴仪联系起来,通过常规三轴仪控制其轴向和径向的应力或应变加载速率使其加载路径与真三轴仪在广义应力或应变空间的应力或应变路径保持一致,从而达到等效实现真三轴应力路径的目的,完整推导了应力和应变控制下的加载路径公式。（2）用常规三轴仪实现了新方法的加载路径,分析新方法在等p应力路径下风积砂的强度及各向异性特征。试验选用新方法的b恒定q恒定的加载路径,试验峰值强度与真三轴仪测定的峰值强度变化规律相似,初步证明了新方法的可行性。不同b下的试验结果表明在不同的加载路径下其应力-应变关系及强度特征不同,不同方向受力后的变形强度不同,较好的测定了腾格里沙漠砂不同方向的变形破坏特征。（3）用GDS真三轴仪验证（2）中试验的有效性,量化两种仪器之间的差异,分析真三维应力路径加载下风积砂的各向异性特征。试验结果显示在0≤b＜0.5时,两种仪器在排水和不排水条件下的临界状态线基本重合;当0.5＜b≤1时,常规三轴仪测得的临界状态线斜率略低于真三轴仪测得的临界状态线斜率,且斜率变化范围介于5%～15%之间。真实三维应力路径下腾格里沙漠砂的峰值强度随b增加先减小,b＞0.5后增加,b＞0.8后减小,整体呈减小趋势;不同受力状态下各个方向的变形特征不同,表现为明显的各向异性。（4）为测定沉积方向对砂体造成的初始各向异性大小,在排水和不排水条件下对p分别为200,400和800kPa,b分别为0,0.4和0.8的腾格里沙漠砂中密砂试样进行了真三轴试验。试验表明对于粒径级配相同腾格里沙漠砂,用撒砂法均匀制样,初始各向异性依旧显著,对强度变形的影响不能忽略;同一p和b下的真三轴沉积角试验结果显示,随沉积角的增加,风积砂峰值强度增强,剪胀性增加,各向异性特征明显;同一b和沉积角下的试验结果表明b会减弱初始各向异性的影响,但其变化特征更为复杂;排水与不排水条件下的不同沉积角真三轴试验结果显示相同条件下,不排水条件下的各向异性特征较排水条件下更明显,表征沉积角对腾格里沙漠砂的力学行为的影响更直接。
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