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土体在实际工程中受到的应力路径复杂,不同应力路径会对土体微观结构的变化产生影响,而微观结构的变化与土体宏观力学特性间存在相关性。土体在外部荷载作用下宏观力学特性的变化可以通过微观结构的损伤来进行表征。考虑应力路径的影响,研究土体的宏观力学性质与微观结构的损伤间的联系具有重要意义。采用GDS应力路径三轴仪对济南地区的三种土样进行不同应力路径下的固结不排水三轴剪切试验,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM),对第(7)层黄土和第(8)、(9)层粉质黏土进行不同应力路径下的微观扫描试验,研究不同应力路径对天然沉积土的强度变形特征的影响及其宏微观损伤特性,分析应力路径对土体微观参数的影响。研究表明,不同应力路径下土体的应力应变曲线基本为应变硬化型。破坏时的偏应力随围压的增加而增大;加荷应力路径下的偏应力峰值明显高于卸荷应力路径下的峰值;卸荷应力路径下的孔隙水压力低于加荷应力路径。应力路径对土体的强度大小存在明显影响。不同的应力路径、不同的应变水平和不同的扫描层位置对土体的微观参数均有影响。孔隙比随轴向应变的增加而增加,两端扫描层的孔隙比数值大于中部扫描层的数值;颗粒和孔隙的形状系数随轴向应变的增加而逐渐降低,中部扫描层的形状系数均略小于两端的扫描层;第(7)层黄土的分布分形维数与轴向应变间基本上呈现线性正相关;第(8)层粉质黏土的分布分形维数与轴向应变间呈现指数型相关,在轴向应变为0%~2%时,CTC应力路径下分布分形维数基本无变化,而RTC应力路径下分布分形维数有一定的增加;在轴向应变大于5%后,CTC应力路径下的分布分形维数上升速率更快;第(7)层黄土和第(8)层粉质黏土的形态分形维数随应变增加呈现指数型上升,但后期增长变缓。基于损伤力学理论,定义损伤变量,并将其耦合到弹塑性模型中,结合相关联的屈服准则,得到考虑微观损伤的弹塑性本构模型,结合某地铁车站基坑工程实例,对该模型的应用性进行分析。研究表明,该模型能较好地反映基坑开挖过程中围护结构的内力变化、围护桩侧移和坑外地表沉降等情况,模拟值与实测数据基本接近,计算结果可为地铁车站的设计与施工提供科学的指导。