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岩土材料的强度问题一直是岩土力学研究的热点。天然沉积的土往往具有原生各向异性、结构性,以及加载作用下的次生各向异性和结构损伤性,导致土的强度规律变化更加复杂。尽管人们在不断的研究探索中取得了大量的成果,但针对结构性黄土这种具有特殊性质天然沉积土材料的强度破坏问题,不管是试验研究还是理论分析都显不足。复杂应力条件下结构性黄土的强度问题也一直没有得到深入研究。 本文在对多种结构性黄土的真三轴试验基础上,首先进行了不同结构性黄土在真三轴试验条件下的强度变化规律研究,分析了两种传统强度准则对结构性黄土的适应性。然后,针对传统强度准则在描述结构性黄土不足的基础上,基于具有定法向的空间滑动面的Mises准则和变法向的动态空间滑动面的Matsuoka-Nakai准则,以及Mohr-Coulomb准则描述土剪切破坏面的特征,发展Mises准则和Matsuoka-Nakai准则空间滑动面概念,建立了轴对称压缩和轴对称挤伸两组静态空间滑动面以及一次方和开三次方两个动态空间滑动面;提出了不同的动、静态空间滑动面上相应的强度准则;分析了多种结构性黄土的真三轴试验结果在这些空间滑动面上的强度规律;进行了多个空间滑动面强度准则的适应性分析。得出如下主要研究成果: (1)利用西安理工大学自主研发真三轴仪上不同原状黄土方样的试验结果,以及人工制备结构性黄土长方体高样的试验结果,揭示了结构性黄土应力空间的强度变化规律和人工制备结构性黄土的残余强度变化规律,分析了不同黄土的结构性对强度规律的影响,以及结构剪切破坏后残余强度与结构性充分发挥后强度规律之间的差异。 (2)比较π平面上不同结构性黄土的强度规律和人工结构性黄土的残余强度规律。当不同结构性黄土的破坏强度由大变小时,其在π平面上的破坏线表现为从抹圆曲边三角形向抹圆角三角形变化;人工结构性黄土在π平面上的强度破坏线呈现为抹圆曲边三角形,其残余强度破坏线和Mohr-Coulomb准则破坏线较相近。 (3)将不同结构性黄土的真三轴试验强度规律与Mohr-Coulomb准则和Matsuoka-Nakai准则比较,分析了它们对结构性黄土的适应性。Mohr-Coulomb准则和Matsuoka-Nakai准则在描述结构性黄土的强度时,均存在一定的误差,其中Mohr-Coulomb准则的误差要大于Matsuoka-Nakai准则。Mohr-Coulomb准则在描述结构性较弱的黄土时,误差较小,随着结构性的增强,其误差在逐渐增大。两个强度准则所描述的强度均小于实际结构性土的强度值。 (4)在八面体面的基础上,提出了轴对称压缩和轴对称挤伸两组定法向的空间静态滑动面,建立了相应的静态空间滑动面强度准则。考虑到主应力轴方向在结构性土单元几何空间上的变化,得到了轴对称压缩和轴对称挤伸两组(六个)静态空间滑动面及其相应的强度准则。两组(六个)静态空间滑动面在土单元几何空间上具有不同的法向;在应力空间中,不同静态空间滑动面的强度准则破坏面关于三个主应力轴均具有非对称性。针对两组静态空间滑动面强度准则对结构性黄土的适应性进行了分析,轴对称压缩(σ2>σ1=σ3)空间滑动面准则和轴对称挤伸(σ2=σ1>σ3)空间滑动面准则在描述不同结构性原状黄土的强度规律时具有良好地一致性。 (5)在Matsuoka-Nakai准则SMP空间滑动面基础上,提出了一次方(σ)和开三次方(3√σ)变法向的动态空间滑动面,分别建立了两个动态空间滑动面上的强度变化规律关系和相应的强度准则。与不同结构性黄土真三轴条件下强度变化规律比较,开三次方空间滑动面强度准则能够更好地描述强结构性黄土的强度规律,比传统的Mohr-Coulomb准则和Matsuoka-Nakai准则更具有适应性。 (6)轴对称压缩(σ2>σ1=σ3)空间滑动面强度准则、轴对称挤伸(σ2=σ1>σ3)空间滑动面准则和3√σ空间滑动面强度准则在主应力空间σ1>σ2>σ3域(π平面上罗德角变化的一个600域)内的破坏面差异较小。但随着大主应力的旋转变化,两个定法向静态空间滑动面强度准则在π平面上其它不同600域内,其强度破坏面与3√σ空间滑动面强度破坏面的差异较大,且并非对每个主应力轴均对称。大主应力始终作用于天然原状黄土水平面上的真三轴强度变化规律与两个定法向强度准则的一致性说明了它们反映天然土存在微裂隙及原生各向异性强度特性的可行性。 (7)3√σ动态空间滑动面的法向变化范围小于Matsuoka-Nakai准则的SMP空间滑动面,更接近于具有等倾向法向的八面体空间滑动面。π平面上3√σ动态空间滑动面强度准则的破坏面介于Matsuoka-Nakai准则破坏面和广义Mises准则破坏面之间,与各向同性假定条件下大主应力作用于原状黄土水平沉积面真三轴测试强度规律比较一致。3√σ动态空间滑动面强度准则更适合于描述各向同性结构黄土的强度规律。