压剪加载状态下压实黏土断裂破坏机制研究

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土质心墙堆石坝因其良好的变形协调能力被广泛运用于复杂地形条件,但其裂缝问题至今没有很好解决。众多研究表明,堆石坝黏土心墙常处于压剪应力状态,因此揭示压实黏土的压剪断裂机制对解决心墙裂缝问题具有重要意义。鉴于此,本文采用室内试验和理论分析相结合的手段,查明了裂缝倾角、无量纲裂缝长度和试样尺寸等对压实黏土压剪断裂性状的影响,揭示了压实黏土的压剪-张拉断裂破坏机制,论文的主要工作和成果如下:
  (1)通过室内试验,从试样的破坏模式和强度变形两方面查明了裂缝倾角、无量纲裂缝长度、试样尺寸及裂缝张开度对非闭合裂缝断裂性状的影响。结果表明:不同裂缝倾角的试样均有翼型张拉裂缝发育,试样的起裂应力、峰值应力均随裂缝倾角的增大呈先减小后增大的趋势;无量纲裂缝长度对试样断裂性状有较大影响。不同尺寸试样破坏模式基本相似;试样起裂应力、起裂应力比和峰值应力及变形模量均随张开度的增大呈逐渐减小的趋势。
  (2)通过室内试验,查明了裂缝倾角、无量纲裂缝长度及试样尺寸对闭合裂缝断裂性状的影响。结果表明:试样的起裂应力、起裂应力比、峰值应力及变形模量均随裂缝倾角的增大呈现先减小后增大的趋势;无量纲裂缝长度较小时(2a/W=0.2)试样仅有翼型张拉裂缝发育;其他情况翼型张拉裂缝和次生剪切裂缝均有发育。试样起裂应力、起裂应力比和峰值应力均随无量纲裂缝长度的增大呈逐渐减小的趋势;试样起裂应力、起裂应力比、峰值应力及变形模量均随试样尺寸的增大呈逐渐减小的趋势。
  (3)指出了传统理论无法解释压实黏土张拉断裂机制,因此,基于考虑T应力的闭合裂缝压剪-张拉断裂准则,查明了侧压力系数λ、摩擦系数μ等因素对闭合裂缝尖端周向应力的影响,并揭示了闭合裂缝压剪-张拉起裂机理,表明了裂缝尖端临界尺寸rc存在明显的尺寸效应。
  (4)基于考虑相对钝化系数和T应力的非闭合裂缝压剪-张拉起裂准则,查明了相对钝化系数η和相对临界尺寸α对非闭合裂缝尖端周向应力的影响,揭示了非闭合裂缝压剪-张拉断裂机制。
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