结构性黄土的增湿试验及其本构模型研究

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黄土具有特殊的结构性和水敏特性,这也是其在干燥状态下强度很大、遇水极易发生破坏的一个重要原因。在实际工程中,土体并非达到饱和状态才会发生破坏,其强度随着含水量的改变是一个动态的变化过程,但是目前试验手段还不能够很好的模拟这个变化过程。本文进行的三轴试验,在试样中添加冰屑,通过控制冰屑的融化来控制试样的增湿时间,并找到了确保试验低温环境的合理方法;在此试验基础上,借鉴本课题组前期研究所提出的基于拉、压剪应力路径试验的联合强度破坏线表达式,再利用坐标变换的方法将该表达式引入到非饱和清华弹塑性模型中,得到可以合理考虑抗拉强度的清华弹塑性模型,并进行模型验证,得出如下结论:(1)针对加冰增湿试验低温环境难以把控的难题,通过多次试验,最终确定出几个关键操作:将制样用土预冷、试验前将三轴剪切围压室外包裹一次性冰袋预冻、试验过程中将围压室中加入冰水并在围压室外围包裹冷敷冰袋进行二次保温,较好地解决了加冰增湿试验中低温环境难以保证的技术难题。(2)完成了四个含水量下重塑黄土的常规增(减)湿三轴试验和加冰增湿三轴试验,对比两种试验结果,发现加冰增湿三轴试验与常规增(减)湿的三轴试验应力应变曲线趋势保持一致;当含水率较低时,加冰增湿的三轴应力应变曲线峰值略低于常规增(减)湿的峰值强度,随着含水率的增大,二者逐渐接近。(3)拉剪强度、压剪强度是结构性黄土力学特性的两个重要组成部分,不可偏废。利用本课题组前期研究所提出的基于拉、压剪应力路径试验的联合强度破坏线,用该曲线形式的临界状态破坏线代替清华模型中直线形式的临界状态破坏线,使其能够更加合理地反映拉伸强度、压缩强度对土体变形的影响。(4)利用坐标变换的方法,不改变原有清华模型的屈服面形式,将基于拉、压剪应力路径试验的联合强度理论转化为另一应力空间的莫尔-库伦准则,可以解决基于曲线形式的强度破坏线在代入本构模型推导过程中计算繁杂且容易出错的难题。(5)利用与建立模型试验工况不同的三轴试验来验证模型,结果证明本模型具有较好的可靠性。
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