砂土强度特性及非线性统一强度模型参数特征试验研究

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复杂应力和加载条件下土体力学行为及其描述是岩土工程重要的基础研究方向之一。目前国内外已有很多学者开展了复杂应力条件下的土体强度特性试验研究,提出了上百个强度理论。随着试验技术的发展,深入研究复杂实际应力条件下土体力学行为,进一步为复杂强度理论提供参数已成为可能。  统一的强度理论作为强度理论的重要发展方向,适用于多种材料具有广泛的实用价值,已经获得了众多学者的关注和研究。非线性统一强度模型作为统一的非线性强度理论可以合理的反映多种岩土类材料的非线性特性。对任何一种强度理论或本构模型,其参数取值至关重要。然而诸多强度理论并未对其参数进行专门研究。  真三轴仪可以模拟土体的真实受力状态,进而更准确的研究土体在三维状态下的应力应变特性。因而本文采用刚柔复合型真三轴仪对细砂和福建标准砂进行了一系列中主应力系数不同的真三轴试验,试验过程中始终保持平均主应力不变,通过整理试验数据系统的分析了中主应力系数对其强度特性的影响规律,以及在不同中主主应力系数下,密实度和固结压力对其强度特性和剪胀剪缩特性的影响规律;探讨了在不同的试验条件下砂土的变形发展机制对其强度特性的影响及其内在重要因素;将砂土在不同的密实度和固结压力下的真三轴试验数据与岩土材料非线性统一强度模型进行比较,研究砂土类别、密实度和固结压力对该模型参数ψc和β的影响规律。  试验得到如下结论:砂土的中主应力系数、密实度和固结压力对其抗剪强度q、广义剪应力比q/p以及抗剪指标ψ皆存在显著的影响,伴随着中主应力系数的增大,砂土的抗剪强度q和广义剪应力比q/p逐步减小,内摩擦角ψ逐渐增大;砂土的初始剪切模量伴随着砂土类别、密实度和固结压力产生显著的变化;试验过程中变形发展机制不同的砂土发生不同程度的剪胀和剪缩,使其密实度发生显著变化,因而砂土破坏状态的密实度对其抗剪强度产生较大的影响,即砂土破坏时的抗剪强度与剪切过程中的变形发展机制密切相关;岩土材料非线性统一强度模型可以很好描述细砂和福建标准砂的非线性特性,砂土的密实度和固结压力对该模型的参数ψc有较大的影响,参数ψc伴随着密实度增大而增大,伴随着固结压力的增大而减小,然而参数β则只跟砂土类别有关。
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