粘性土應(yīng)力路徑試驗(yàn)

1、第27卷第5期2005年9月南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) JOURNAL OF NANJ I N G UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGYVol . 27No . 5Sep. 2005粘性土應(yīng)力路徑試驗(yàn)常銀生, 王旭東, 宰金珉, 徐建龍 (南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院, 江蘇南京210009摘要:利用G DS 多功能三軸儀, 對(duì)南京河西地區(qū)原狀粘性土進(jìn)行了常規(guī)三軸壓縮、減壓三軸壓縮和等p 應(yīng)力路徑的固結(jié)不排水三軸試驗(yàn), 探討不同應(yīng)力路徑下粘性土的變形和強(qiáng)度特性。實(shí)驗(yàn)表明:不同應(yīng)力路徑下土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系都呈曲線(xiàn)形態(tài)相似的非線(xiàn)性應(yīng)變硬化型, 而土的峰值強(qiáng)度和土中孔隙水壓力差異明顯; 驗(yàn)得到的

2、有效應(yīng)力路徑形態(tài)一致, 常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中有效應(yīng)力路徑呈S 。關(guān)鍵詞:粘性土; 固結(jié)不排水三軸試驗(yàn); 應(yīng)力路徑中圖分類(lèi)號(hào):T U411文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A -( 05-, 的應(yīng)力狀態(tài), 1, 方向有關(guān), La 提出的應(yīng)力路徑方法為研究在不同加載條件下土的強(qiáng)度和變形特性提供了一個(gè)合理方法。基坑開(kāi)挖卸荷引起坑周土中應(yīng)力場(chǎng)的變化, 因所處位置不同, 土體經(jīng)受的應(yīng)力路徑也不盡相同, 國(guó)3, 4內(nèi)外學(xué)者對(duì)基坑開(kāi)挖中的應(yīng)力路徑和不同應(yīng)力578, 9路徑下土的變形、強(qiáng)度等特性進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和室內(nèi)應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)研究。研究表明不同的應(yīng)力路徑下土的性質(zhì)存在明顯差異, 常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果用于基坑工程分析時(shí), 導(dǎo)致計(jì)算

3、結(jié)果與實(shí)際情況差距較大。已有的研究成果由于受試驗(yàn)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集等功能的限制, 難以全面反映試驗(yàn)過(guò)程和試驗(yàn)結(jié)果, 存在一定的局限性, 因此有必要對(duì)不同應(yīng)力路徑下土的強(qiáng)度和變形等特性進(jìn)行詳細(xì)的深入研究。10, 本文選取常規(guī)三軸壓縮應(yīng)力路徑(3=0 、等平均應(yīng)力p 應(yīng)力路徑(p =0 及基坑1=開(kāi)挖主動(dòng)區(qū)典型的減壓三軸壓縮應(yīng)力路徑(30 , 利用G DS 多功能三軸儀對(duì)飽和原狀粘0, 性土進(jìn)行固結(jié)不排水應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn), 全面探討在不同應(yīng)力路徑下土的變形、強(qiáng)度和孔隙水壓力等特性, 并通過(guò)對(duì)比分析總結(jié)規(guī)律。1試驗(yàn)研究111應(yīng)力路徑針對(duì)天然土層在其沉積歷史過(guò)程中形成的各向、強(qiáng)度及孔隙水壓力的影響。

4、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)力路徑如圖1所1 為110示, 固結(jié)過(guò)程分別采用應(yīng)力比(K =3/的等向固結(jié)和應(yīng)力比為017的非等向固結(jié)兩種應(yīng)力路徑(OA 、OD ; 剪切過(guò)程分別采用常規(guī)三軸壓縮應(yīng)力路徑(AB 、DE 、等p 應(yīng)力路徑(AG 與減壓三軸壓縮應(yīng)力路徑(AC 、DF 。試驗(yàn)方案詳見(jiàn)表1。圖1p q 空間應(yīng)力路徑Fig . 1Stress path on p q s pace收稿日期:2005-03-30基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(No . 50278024 ; 江蘇省高校自然科學(xué)研究計(jì)劃(03KJB560044 作者簡(jiǎn)介:常銀生(1979- , 男, 江蘇東臺(tái)人, 碩士生, 主要研究方向?yàn)橥僚c結(jié)構(gòu)共

5、同作用;王旭東(聯(lián)系人 , 教授, Email:ce wxdnjut edu . cn 。第5期常銀生等:粘性土應(yīng)力路徑試驗(yàn)7112試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)儀器采用英國(guó)G DS 多功能三軸儀, 主要由壓力室、加壓系統(tǒng)和量測(cè)與采集系統(tǒng)3部分組成(如圖2所示 。壓力室為3911mm B ishop &Wesley 應(yīng)力路徑室, 最大軸力5kN , 最大圍壓1700kPa; 加壓系統(tǒng)包括3MPa 壓力和200mL 體積控制器3套, 分別用以提供圍壓、軸力和反壓; 量測(cè)系統(tǒng)包括內(nèi)置水下荷重傳感器、孔壓傳感器和線(xiàn)性位移傳感器等各類(lèi)傳感器, 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集板和轉(zhuǎn)換器。表1試驗(yàn)方案Table 1Experi

6、m ent p lan固結(jié)過(guò)程(排水試樣編號(hào)10515020011015020070剪切過(guò)程(不排水應(yīng)力路徑控制方式圍壓3/kPa105150150 20070105140150應(yīng)力路徑1K =3/1101007110110017017017110C UCTC 110C UCTC 110C UCTC00105mm /min017110CRRTC 110C URTC 017C URTC 017C URTC 017C UTC 11015014010530 足以使土維持一定的剛度和強(qiáng)度, 除CURTC 017試樣外, 其余試樣已達(dá)到或接近破壞, 由CURTC 110和CURTC 017的試驗(yàn)結(jié)果可知

7、, 等向 固結(jié)試樣的峰值強(qiáng)度要略大于非等向固結(jié)試樣的強(qiáng)20014070驗(yàn)得到的a 要明顯大于減壓三軸壓縮試驗(yàn)得到的相同固結(jié)圍壓下, 土的常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)峰值a 。強(qiáng)度大于減壓三軸壓縮試驗(yàn)峰值強(qiáng)度。試驗(yàn)中孔隙水壓力反應(yīng)明顯不同, 孔隙水壓力在常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中表現(xiàn)為正孔壓, 而減壓三軸壓縮試驗(yàn)中表現(xiàn)為負(fù)孔壓, 反映了試樣在剪切過(guò)程中分別呈現(xiàn)剪縮和剪漲特性 。圖7有效應(yīng)力路徑Fig . 7Effective stress path圖9有效應(yīng)力路徑Fig . 9Effective stress path度, 此外, 無(wú)論是等向固結(jié)還是非等向固結(jié)試樣, 其峰值強(qiáng)度都隨固結(jié)圍壓的增加而提高, 上述現(xiàn)象,

8、 反映了土的壓硬性對(duì)土的剛度和峰值強(qiáng)度的影響。CURT C 017試樣與其余兩個(gè)非等向固結(jié)試樣相70圖10和圖11給出了等向、非等向固結(jié)下常規(guī)三軸壓縮和減壓三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比, 在常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中, 等向固結(jié)試樣的峰值強(qiáng)度和孔隙水壓力均大于非等向固結(jié)試樣的結(jié)果, 等向、非等向固結(jié)試樣的有效應(yīng)力路徑形態(tài)相似。在減壓三軸壓比, 其軸向應(yīng)變、孔壓和強(qiáng)度等規(guī)律有明顯的差異。 10南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第27卷 圖10q a 及u a 曲線(xiàn)a curves Fig . 10q a and u 圖12q a 及u a u a Fig . 12q 圖11有效應(yīng)力路徑Fig . 11Effective str

9、ess path圖13有效應(yīng)力路徑Fig . 13Effective stress path縮試驗(yàn)中, 等向固結(jié)試樣的孔隙水壓力(絕對(duì)值 大200于非等向固結(jié)試樣的結(jié)果, 由圖7中CURTC 110和CURTC 110的試驗(yàn)結(jié)果可知, 等向固結(jié)試樣的峰值強(qiáng)140度略大于非等向固結(jié)試樣的峰值強(qiáng)度, 但兩者的有效應(yīng)力路徑形態(tài)具有相似性。由圖12和圖13給出的等向固結(jié)下常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)、等p 試驗(yàn)和減壓三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析可知, q a 曲線(xiàn)形態(tài)相似, 等p 試驗(yàn)得到的峰值強(qiáng)度和孔隙水壓力介于常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)和減壓三軸壓縮試驗(yàn)之間, 等p 試驗(yàn)產(chǎn)生正孔隙水壓力。3種試驗(yàn)的有效應(yīng)力路徑形態(tài)逐漸變化

10、, 常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中試驗(yàn)初期p 略有增加的現(xiàn)象在等p 試驗(yàn)和減壓三軸壓縮試驗(yàn)中消失, 試驗(yàn)后期p 增加的現(xiàn)象減弱。連接各試驗(yàn)有效應(yīng)力路徑上的峰值, 得到一通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn), 其斜率M c 為1161, 如圖14所示。試驗(yàn)結(jié)果表明, 不同應(yīng)力路徑下, 土的變形、強(qiáng)度和孔隙水壓力等特性的差異, 對(duì)于實(shí)際工程問(wèn)題, 應(yīng)根據(jù)具體的受荷條件, 針對(duì)性地開(kāi)展相關(guān)的應(yīng)力路徑試驗(yàn), 獲取合理的變形和強(qiáng)度參數(shù) 。圖14p q 坐標(biāo)中破壞點(diǎn)Fig . 14Failure points in p q s pace3結(jié)論(1 在不同應(yīng)力路徑下q a 非線(xiàn)性關(guān)系明顯,曲線(xiàn)呈應(yīng)變硬化型。(2 不同應(yīng)力路徑得到的土的峰值強(qiáng)

11、度不同, 其規(guī)律為按常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)、等p 試驗(yàn)、減壓三軸壓縮試驗(yàn)依次遞減, 在試驗(yàn)結(jié)束時(shí), 除個(gè)別減壓三軸 5期 第 常銀生等 : 粘性土應(yīng)力路徑試驗(yàn) 11 壓縮試驗(yàn)外 ,其余試樣基本已達(dá)到破壞 。 ( 3 常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)和等 p 試驗(yàn)中觀察到正 孔壓 ,表明剪切過(guò)程中土呈現(xiàn)剪縮特性 ; 減壓三軸壓 縮試驗(yàn)觀察到負(fù)孔壓 , 呈現(xiàn)剪脹特性 , 孔壓 (絕對(duì) 值 均隨固結(jié)圍壓的增高而提高 。 ( 4 相同應(yīng)力路徑試驗(yàn)得到的有效應(yīng)力路徑具 有明顯相似性 。常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中有效應(yīng)力路徑 呈 S形的特征 ,但在等 p 試驗(yàn)和減壓三軸壓縮試驗(yàn) 中 ,其現(xiàn)象得到減弱或消失 。 參考文獻(xiàn) : 1 Lam

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15、 cohesive so il ( College of Civil Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China Abstract:Deformation and strengthening behaviors of cohesive soil at the west area of Nanjing city were investigated ferent stress paths, which include conventional triaxial comp ression, reduced

16、triaxial comp ression and w ith constant sure are obviously different in different stress pathes The shape of effective stress path is sim ilar under the same . stress path testing, the S shape of effective stress path was observed in conventional triaxial comp ression test . by using GDS triaxial instrum ent, the triaxial tests were carried out under consolidated undrained condition w ith dif2 p Th