高压下应力路径对饱和砂土力学特性的影响研究

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在土力学领域,主要研究低压力下土的性质,因为大部分岩土工程问题往往发生在低压力下。然而,在许多实际岩土工程问题中,例如高土石坝的变形,近松散层采掘溃砂,厚松散层井壁破裂,开采沉陷土体变形,土体遭受的压力高于1MPa,甚至高于10MPa。显然,认识高压力下土的性质是这些类型的岩土工程问题解决的重要基础之一。本文利用GDS高压三轴仪,在1~7MPa的有效围压范围内,对饱和的密实砂土试样进行了不排水常规压缩和减压伸长试验,不排水和排水减压压缩试验。研究了高压力下,围压和应力路径对密实砂土不排水剪切的应力应变、孔压、强度及有效应力路径的影响,围压对密实砂土排水减压压缩的应力应变、体积应变及强度的影响。在所研究的围压范围内,本文的主要结论和认识如下:(1)围压和应力路径对密实砂土的不排水特性有很大的影响。不同的不排水应力路径存在不同的“临界围压”使密实砂土的应力应变、孔隙水压力及有效应力路径特性发生改变。常规压缩试验的临界围压在1.0~2.0MPa之间,减压伸长试验的在2.0~4.0MPa之间,减压压缩试验的在3.0~4.0MPa之间。(2)在不排水应力路径试验中,围压低于临界压力时,在较大的轴向应变(>10.28%)下才达到最大偏应力。而高于临界压力时,在很小的轴向应变(<4.4%)下就达到最大偏应力,因为快速发展的正孔隙水压力很快降低了有效围压。相同应力路径试验中,随着围压的增大,初始切线模量增大,有效主应力比曲线的起始坡度减小。所有试验的最大有效主应力比位于3.345~3.907的很窄范围内。(3)在不排水常规压缩和减压伸长试验中,孔隙水压力先上升,然后减小或趋于稳定。在不排水减压压缩试验中,孔隙水压力先减小,围压高于临界压力时,孔隙水压力在一定的轴向应变下会转为上升,最后趋于稳定。在相同围压下,正孔隙水压力发展的量和速度在常规压缩试验中最大,减压伸长试验中次之,减压压缩试验中最小。相同应力路径试验中,随着围压的增大,正孔隙水压力发展的量和速度增大。相同围压和应力路径试验下,最大有效主应力比对应的孔隙水压力系数A比最大偏应力对应的大。(4)不排水常规压缩和减压压缩试验的应力应变曲线在围压低于各自的临界压力时,符合双曲线类型,而高于各自的临界压力时,不符合双曲线类型。不排水减压伸长试验的应力应变曲线均不符合双曲线类型。不同不排水应力路径下的有效应力路径不同。(5)随着围压的增大,最大偏应力对应的有效割线内摩擦角在不排水常规压缩和减压压缩路径下减小,在不排水减压伸长路径下基本保持不变。最大有效主应力比对应的有效割线内摩擦角在不同不排水路径中分别基本保持不变。相同围压和应力路径试验下,最大有效主应力比对应的有效割线内摩擦角比最大偏应力对应的大。不排水常规压缩和减压压缩试验的有效内摩擦角基本相等,而不排水减压伸长试验的要小得多。相同围压下,减压压缩的初始切线模量最大,减压伸长的次之,常规压缩的最小。(6)排水减压压缩试验的应力应变曲线符合双曲线类型。随着围压的增大,排水剪切过程中的体胀减弱,体缩增强。排水减压压缩试验的有效内摩擦角大于不排水减压压缩的有效内摩擦角。
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