循環(huán)荷載下重塑飽和粉黏土的動(dòng)—靜強(qiáng)度弱化規(guī)律研究

孫 睿， 任 青， 喻孟初， 顏 超

(1.上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院, 上海 200093； 2.上海建工集團(tuán)工程研究總院, 上海 201114)

1 研究背景

循環(huán)荷載是一種最常見(jiàn)的荷載形式，近年來(lái)針對(duì)土體在交通荷載，波浪荷載以及循環(huán)荷載作用下的靜力特性，動(dòng)力特性，強(qiáng)度弱化都有大量的研究[1-5]。針對(duì)循環(huán)荷載后土體的動(dòng)靜強(qiáng)度存在兩種觀點(diǎn)，一：如果周期荷載使土樣產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)變或孔壓值較小，給定的應(yīng)力水平比周期荷載水平至大時(shí)，黏土的不排水剪切強(qiáng)度值會(huì)保持不變或是稍有所增加[6]。二：Andersen[7]通過(guò)大量試驗(yàn)認(rèn)為周期荷載會(huì)降低黏土的不排水強(qiáng)度，而降低的程度取決于動(dòng)荷載下土體的動(dòng)應(yīng)變與動(dòng)孔壓的水平。曹勇等[8]、王淑云等[9-10]認(rèn)為土體靜不排水抗剪強(qiáng)度取決于周期荷載產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)變與超孔壓，并通過(guò)一系列試驗(yàn)進(jìn)行無(wú)量綱化處理得到了土體的動(dòng)靜強(qiáng)度與超固結(jié)比的關(guān)系。

黃茂松等[11]、魏星等[12]通過(guò)大量的室內(nèi)三軸試驗(yàn)，引入相對(duì)偏應(yīng)力水平描述循環(huán)荷載作用下土體的模量弱化特性。鄭剛等[13]針對(duì)天津典型粉質(zhì)黏土做了一系列動(dòng)、靜力三軸試驗(yàn)，得到動(dòng)應(yīng)變小于3%時(shí)土體的強(qiáng)度基本保持不變，動(dòng)應(yīng)變大于3%時(shí)強(qiáng)度會(huì)弱化，王淑云等[10]認(rèn)為振后飽和粉質(zhì)黏土不排水剪應(yīng)力路徑表現(xiàn)出超固結(jié)性質(zhì)，隨著衰減系數(shù)的增加，應(yīng)力路徑由正常固結(jié)向輕似超固結(jié)，再向重似超固結(jié)發(fā)展。雷華陽(yáng)等[14]通過(guò)試驗(yàn)證明粉質(zhì)黏土在交通荷載長(zhǎng)期作用下存在一個(gè)臨界動(dòng)應(yīng)力比和一個(gè)振動(dòng)頻率門(mén)檻值?？傮w而言針對(duì)動(dòng)靜強(qiáng)度的研究仍然比較片面，大部分的研究只是考慮了單一因素，而在實(shí)際工程中隧道的長(zhǎng)期沉降，地鐵的運(yùn)營(yíng)期間沉降，道路的路基土體的動(dòng)靜強(qiáng)度弱化都是各種因素的耦合影響。因此本文對(duì)于多種因素下土體的動(dòng)靜強(qiáng)度做了進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

本文針對(duì)某海上風(fēng)電場(chǎng)地區(qū)的重塑土粉質(zhì)黏土進(jìn)行了動(dòng)-靜強(qiáng)度試驗(yàn)。綜合考慮了不同圍壓，不同頻率，不同動(dòng)應(yīng)力比，不同固結(jié)壓力在循環(huán)荷載的作用下土體的不排水強(qiáng)度的變化規(guī)律。首次用彈性動(dòng)應(yīng)變，可恢復(fù)孔壓來(lái)描述土體動(dòng)靜強(qiáng)度的弱化規(guī)律，通過(guò)綜合比較分析各因素對(duì)弱化參數(shù)的影響。對(duì)有效強(qiáng)度進(jìn)行無(wú)量綱化處理，確定了動(dòng)彈性應(yīng)變與有效強(qiáng)度比，動(dòng)彈性孔壓與有效強(qiáng)度比關(guān)系符合指數(shù)模型，并提出來(lái)適用于衰減系數(shù)與動(dòng)彈性應(yīng)變，衰減系數(shù)與動(dòng)彈性孔壓的對(duì)數(shù)函數(shù)模型。

2 土樣的基本特性與試驗(yàn)方案

本文試驗(yàn)包括靜三軸試驗(yàn)和動(dòng)三軸試驗(yàn)，動(dòng)三軸試驗(yàn)中考慮圍壓，偏壓固結(jié)，動(dòng)應(yīng)力幅值，頻率等因素的動(dòng)靜強(qiáng)度的弱化趨勢(shì)。且選取10 000次振動(dòng)以后做不排水剪切試驗(yàn)。并對(duì)1 000次到50 000次的加載次數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)既符合短期的加載也包含了長(zhǎng)期加載的工程工況。

試驗(yàn)采用的重塑粉質(zhì)黏土其質(zhì)量ρ=1.96 g/cm3，含水率ω=20%，相對(duì)密度GS=2.69，土試樣均按國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制作，試樣直徑為39.1 mm，高度為80 mm。把制作完成的土試樣通過(guò)抽真空2 h，再靜置24 h。裝樣以后進(jìn)行反壓飽和，使得土體試樣達(dá)到95%以上的飽和度。然后在給定的圍壓下進(jìn)行24 h固結(jié)，固結(jié)完成后給土試樣施加一定幅值的動(dòng)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)以后停止加載。靜置一段時(shí)間使得孔壓達(dá)到穩(wěn)定在進(jìn)行不排水強(qiáng)度剪切試驗(yàn)。試驗(yàn)計(jì)劃表1。

表1 試驗(yàn)方案表

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

土體在循環(huán)荷載的作用下所產(chǎn)生的應(yīng)變?chǔ)興=εe+εp,其中εd為總應(yīng)變;εe為回彈的應(yīng)變；εp為永久應(yīng)變，見(jiàn)圖1。同樣孔壓隨循環(huán)次數(shù)變化示意圖見(jiàn)圖2，Ud=Ue+Up,其中Ud為最大孔壓;Ue為可恢復(fù)孔壓，Up為永久孔壓。

通過(guò)對(duì)飽和重塑粉黏土在不同的圍壓進(jìn)行靜三軸和動(dòng)-靜強(qiáng)度試驗(yàn)得到試驗(yàn)規(guī)律如圖3所示由圖3(a)可得，隨著循環(huán)次數(shù)的增大應(yīng)變?cè)龃蟛⒆罱K趨向于穩(wěn)定，增長(zhǎng)的區(qū)間隨著圍壓的增大而擴(kuò)大，其中當(dāng)圍壓100 kPa循環(huán)次數(shù)達(dá)到2 000次時(shí)總應(yīng)變基本趨于穩(wěn)定，當(dāng)圍壓200 kPa循環(huán)次數(shù)達(dá)到10 000次時(shí)總應(yīng)變?nèi)栽诰徛脑黾?，?dāng)圍壓300 kPa時(shí)前6 000次內(nèi)總應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)都極為顯著。

彈性應(yīng)變?chǔ)舉前幾次的加載中急劇增大并最終趨于穩(wěn)定，同樣εe的穩(wěn)定值隨著圍壓的增大而增大。圖3(b)中體現(xiàn)出動(dòng)孔壓與循環(huán)次數(shù)變化規(guī)律，孔壓的變化與應(yīng)變的變化基本保持一致，但是從圖中可以得到可恢復(fù)的孔壓Ue不隨圍壓的增大而增大，Ue與圍壓的變化無(wú)關(guān)。圖3(c)為剪切試驗(yàn)的偏應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系，100 kPa、200 kPa、300 kPa 3個(gè)不同圍壓所對(duì)應(yīng)的剪切強(qiáng)度可知承受循環(huán)荷載后土體的強(qiáng)度會(huì)有明顯的降低。圖3(d)為剪切試驗(yàn)的孔壓與應(yīng)變關(guān)系，由于初始孔壓的存在使得承受循環(huán)荷載后土體的不排水剪切的孔壓高于原始土樣，并且承受循環(huán)加載后的土試樣剪切時(shí)的孔壓曲線會(huì)出現(xiàn)峰值點(diǎn)。在不同的固結(jié)比(kc)下對(duì)飽和重塑粉黏土進(jìn)行靜三軸和動(dòng)-靜強(qiáng)度試驗(yàn)得到試驗(yàn)規(guī)律如圖4所示。

圖1土體應(yīng)變示意圖圖2孔壓示意圖

圖3 不同圍壓下土體的動(dòng)靜應(yīng)變與動(dòng)靜孔壓變化圖

圖4 不同固結(jié)比下土體的動(dòng)靜應(yīng)變與動(dòng)靜孔壓變化圖

分析圖4(a)可得固結(jié)壓力越大，總應(yīng)變與永久應(yīng)變也越大，在前1 000次的循環(huán)加載過(guò)程中土試樣的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)最為明顯，而固結(jié)比對(duì)彈性應(yīng)變影響不明顯。圖4(b)中表示孔壓與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系，與應(yīng)變不同，孔壓在前2 000次左右的循環(huán)次數(shù)中增長(zhǎng)率較大，固結(jié)比對(duì)可恢復(fù)孔壓影響也較大。當(dāng)孔壓達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，kc=1.4時(shí)可恢復(fù)孔壓Ue是kc=1.0時(shí)的3倍。圖4(c)、4(d)為10 000次的循環(huán)加載后的固結(jié)不排水剪切(cu)試驗(yàn)結(jié)果。圖4(c)為應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，可以得到應(yīng)變較小時(shí)偏應(yīng)力會(huì)增長(zhǎng)很快，固結(jié)比越大土體的強(qiáng)度也就越大并且屈服時(shí)應(yīng)變也就越大。圖4(d)中表示孔壓與應(yīng)變的關(guān)系，施加循環(huán)荷載后土試樣會(huì)產(chǎn)生一定孔隙水壓力，孔壓穩(wěn)定后再進(jìn)行不排水剪切試驗(yàn)，由圖4(d)可知，固結(jié)比越大初始孔壓就越大，由剪切試驗(yàn)，當(dāng)kc=1.4時(shí)動(dòng)三軸試驗(yàn)產(chǎn)生的孔壓達(dá)到了88 kPa。kc=1.2與kc=1.0時(shí)初始孔壓分別約為26和20 kPa。循環(huán)荷載作用所產(chǎn)生的孔壓隨固結(jié)比的增大而增大，這是由于固結(jié)比的增大使得土體試樣更加密實(shí)。與未受循環(huán)荷載作用的土體試樣剪切試驗(yàn)比較，承受循環(huán)荷載后的試樣孔壓值更大，且前期的增長(zhǎng)速度更快，最終趨于穩(wěn)定有時(shí)會(huì)出現(xiàn)峰值。

在不同的動(dòng)應(yīng)力比下對(duì)飽和重塑粉黏土進(jìn)行靜三軸和動(dòng)-靜強(qiáng)度試驗(yàn)，得到試驗(yàn)規(guī)律如圖5所示。

圖5(a)、圖5(b)分別為不同動(dòng)應(yīng)力比下動(dòng)應(yīng)變，孔壓與循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線圖。在應(yīng)變和孔壓中隨著動(dòng)應(yīng)變比的增加，應(yīng)變和孔壓增加較大，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，不同的動(dòng)應(yīng)力比對(duì)應(yīng)的孔壓與應(yīng)變的變化幅度差異較大，這與固結(jié)比和圍壓有著很大的區(qū)別。

由圖5(a)可看出，隨著動(dòng)應(yīng)力比的增加，總應(yīng)變和永久應(yīng)變會(huì)有顯著的增加，而對(duì)于可恢復(fù)應(yīng)變的影響很小。由圖5(b)可看出當(dāng)動(dòng)應(yīng)變比比較小時(shí)彈性孔壓不會(huì)有大的變化，當(dāng)動(dòng)應(yīng)變比達(dá)到0.4時(shí)，彈性孔壓增長(zhǎng)顯著。圖5(c)是剪切試驗(yàn)的偏應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線，從試樣承受循環(huán)荷載后再做剪切試驗(yàn)與未承受循環(huán)荷載的試樣比較來(lái)看，在初期應(yīng)力增長(zhǎng)十分迅速，一直到試樣達(dá)到屈服時(shí)土試樣的應(yīng)力仍在增加，隨著應(yīng)變的增加未承受循環(huán)荷載的試樣強(qiáng)度會(huì)逐漸大于承受循環(huán)荷載的試樣強(qiáng)度。這呈現(xiàn)出超固結(jié)土的性質(zhì)，因此土體在承受一定次數(shù)的循環(huán)荷載后可以認(rèn)為土體是超固結(jié)的應(yīng)力狀態(tài)。圖5(d)為剪切試驗(yàn)的孔壓與應(yīng)變關(guān)系曲線，土試樣承受循環(huán)荷載后，在剪切的過(guò)程中孔壓會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值，并且峰值隨著動(dòng)應(yīng)力比的增大而向左移動(dòng)，初始孔壓隨著動(dòng)應(yīng)力比的增大而增大，與未承受循環(huán)荷載的試樣相比破壞時(shí)孔壓呈幾何倍數(shù)增加。

為了能夠比較承受循環(huán)荷載的試樣的強(qiáng)度，繪制有效應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線，如圖5(e)所示?？梢院苊黠@地看出承受循環(huán)荷載的試樣比未承受循環(huán)荷載的試樣的有效強(qiáng)度小，雖然循環(huán)荷載對(duì)土體會(huì)有一定的密實(shí)作用，根據(jù)有效應(yīng)力原理，承受循環(huán)荷載后土體的孔壓強(qiáng)度會(huì)提高而有效強(qiáng)度會(huì)降低，這與Andersen的結(jié)論十分吻合。

通過(guò)對(duì)飽和重塑粉黏土進(jìn)行不同循環(huán)次數(shù)的靜三軸和動(dòng)-靜強(qiáng)度試驗(yàn)，得到試驗(yàn)規(guī)律如圖6所示。

圖5 不同動(dòng)應(yīng)力比下土體的動(dòng)靜應(yīng)變與動(dòng)靜孔壓變化圖

土樣承受循環(huán)荷載后的靜強(qiáng)度與加載的循環(huán)次數(shù)有很大的關(guān)系，土體試樣受到循環(huán)荷載的作用，土體的總強(qiáng)度會(huì)有一定的提高，但并不是加載循環(huán)荷載的次數(shù)越多越好。本文通過(guò)對(duì)試樣加載多組不同循環(huán)次數(shù)動(dòng)荷載進(jìn)行不排水剪切試驗(yàn)，探究不同循環(huán)次數(shù)的加載對(duì)土體試樣剪切強(qiáng)度的影響，并且與未受循環(huán)荷載作用的土試樣強(qiáng)度進(jìn)行比較。圖6(a)為剪切試驗(yàn)中多組試驗(yàn)的偏應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線。分析可得，承受循環(huán)荷載作用的試樣都表現(xiàn)出超固結(jié)特性，并且循環(huán)次數(shù)越多超固結(jié)土特性越明顯。隨著循環(huán)次數(shù)的增加土體的強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)加載循環(huán)荷載10 000次時(shí)，土體的總強(qiáng)度達(dá)到最大值。當(dāng)加載20 000次循環(huán)荷載時(shí)土體的剪切強(qiáng)度會(huì)下降。當(dāng)加載50 000次循環(huán)荷載時(shí)土體的剪切強(qiáng)度會(huì)有一個(gè)很明顯的降低，其強(qiáng)度甚至低于未承受循環(huán)荷載的土試樣強(qiáng)度。圖6(b)為剪切試驗(yàn)中多組試驗(yàn)的孔壓與應(yīng)變關(guān)系曲線?？讐号c應(yīng)力的規(guī)律不同，加載的次數(shù)越多，剪切時(shí)的初始孔壓就越大，且在剪切過(guò)程中孔壓的發(fā)展也呈現(xiàn)出規(guī)律性，隨著加載循環(huán)荷載次數(shù)的增加，孔壓-應(yīng)變曲線會(huì)出現(xiàn)峰值點(diǎn)，并且峰值點(diǎn)隨著加載循環(huán)荷載次數(shù)的增加向右移動(dòng)。

加載循環(huán)荷載次數(shù)作為一個(gè)單一因素來(lái)分析土體的動(dòng)靜強(qiáng)度。10 000次的加載時(shí)土體的總強(qiáng)度達(dá)到最大值，當(dāng)達(dá)到50 000次的加載時(shí)土體的總強(qiáng)度會(huì)低于未受循環(huán)荷載土試樣的總強(qiáng)度。因此需更深入的討論土體受循環(huán)荷載后有效強(qiáng)度的變化。圖6(c)為剪切試驗(yàn)的有效應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線，從有效強(qiáng)度的曲線來(lái)看，承受循環(huán)荷載后的土試樣的有效強(qiáng)度都要低于未承受循環(huán)荷載的土體試樣。呈現(xiàn)出這種力學(xué)性能的主要原因是承受循環(huán)荷載后土樣有了一個(gè)初始孔壓，且剪切過(guò)程中承受循環(huán)荷載后土試樣孔壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未承受循環(huán)荷載的土試樣。而僅僅從有效強(qiáng)度分析，承受循環(huán)荷載后土樣的強(qiáng)度會(huì)有很明顯的降低。

本文以上部分考慮了不同循環(huán)次數(shù)的加載對(duì)土體剪切強(qiáng)度的影響，而頻率也是影響土體動(dòng)靜強(qiáng)度的一個(gè)重要因素。

通過(guò)對(duì)飽和重塑粉黏土在不同頻率下進(jìn)行靜三軸和動(dòng)-靜強(qiáng)度試驗(yàn)得到試驗(yàn)規(guī)律如圖7所示。

圖7 不同頻率下土體的動(dòng)靜應(yīng)變與動(dòng)靜孔壓變化圖

大部分文獻(xiàn)都只考慮了10 000次以下的加載對(duì)于土體動(dòng)靜強(qiáng)度的影響。本文選取不同頻率對(duì)加載50 000次后動(dòng)靜強(qiáng)度進(jìn)行研究。圖7(a)為不同頻率下的動(dòng)應(yīng)變與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線，動(dòng)應(yīng)變的發(fā)展趨勢(shì)在前期增長(zhǎng)極為迅速最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。而不同頻率對(duì)應(yīng)的動(dòng)應(yīng)變的變化趨勢(shì)則呈現(xiàn)出遞減的規(guī)律，并且頻率10 Hz與頻率5 Hz動(dòng)應(yīng)變之差要小于頻率5 Hz與頻率1 Hz動(dòng)應(yīng)變之差。由此可推斷大于10 Hz以后高頻對(duì)應(yīng)的的動(dòng)應(yīng)變相差會(huì)很小，并且當(dāng)頻率為10 Hz時(shí)可恢復(fù)應(yīng)變接近1 Hz的2倍。圖7(b)為不同頻率下的動(dòng)孔壓與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線，與動(dòng)應(yīng)變的規(guī)律相反，動(dòng)孔壓隨頻率的增長(zhǎng)出現(xiàn)出遞增規(guī)律。這主要是振動(dòng)的頻率越大孔隙水壓力來(lái)不及消散，累計(jì)的孔壓也就會(huì)越大。頻率越大對(duì)應(yīng)彈性孔壓也就越大。圖7(c)為剪切試驗(yàn)的偏應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線，可以很明顯的看出土體承受循環(huán)荷載的作用后表現(xiàn)出超固結(jié)土特性，在應(yīng)變初期應(yīng)力增長(zhǎng)十分迅速。這主要是土體50 000次加載以后密實(shí)度趨于穩(wěn)定，可以作為土體受長(zhǎng)期循環(huán)荷載后的動(dòng)強(qiáng)度變化規(guī)律。不同頻率下加載50 000次的循環(huán)荷載后土體的動(dòng)靜剪切強(qiáng)度不會(huì)出現(xiàn)太大變化。而且從圖中可看出所有承受循環(huán)荷載作用的土體試樣的剪切強(qiáng)度都要低于未承受循環(huán)荷載作用的土體試樣。圖7(c)為剪切試驗(yàn)的孔壓與應(yīng)變關(guān)系曲線，承受循環(huán)荷載作用的土體試樣的孔壓均大于未承受循環(huán)荷載作用的土體孔壓，這歸因于振動(dòng)后土體產(chǎn)生的永久孔壓。也由此可以得出承受不同頻率循環(huán)荷載土體試樣的有效強(qiáng)度遠(yuǎn)低于未承受循環(huán)荷載作用的土體試樣。

4 各種因素對(duì)于土體動(dòng)靜強(qiáng)度的影響

綜上所述，探討了圍壓、固結(jié)比、動(dòng)應(yīng)力比、循環(huán)次數(shù)和頻率5種因素對(duì)于土體的動(dòng)靜強(qiáng)度以及孔壓變化的影響規(guī)律。得到循環(huán)荷載作用下土體與原土相比總強(qiáng)度可能會(huì)增加也可能會(huì)小，剪切時(shí)的孔壓均大于原土剪切時(shí)的孔壓；所有承受循環(huán)荷載作用后土體有效強(qiáng)度都會(huì)降低。

(1)

由圖8可知，在彈性應(yīng)變較小時(shí)，有效強(qiáng)度減小，但是隨著動(dòng)彈性應(yīng)變的增大，土試樣強(qiáng)度的衰減逐漸趨于穩(wěn)定。

5種因素的比較可以看出，在荷載作用下，循環(huán)次數(shù)對(duì)于有效強(qiáng)度的影響最大，最大的強(qiáng)度衰減可達(dá)到30%。動(dòng)應(yīng)力比對(duì)有效強(qiáng)度比的影響相對(duì)較大，并且與擬合曲線有很好的相關(guān)性。

(2)

與彈性應(yīng)變相比，彈性孔壓與有效強(qiáng)度比的關(guān)系更加符合指數(shù)函數(shù)模型，圖9的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)與擬合曲線具有良好的相關(guān)性。當(dāng)彈性孔壓較大時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)基本都均勻地分布在擬合曲線的兩側(cè)。

由圖9可以看出，循環(huán)次數(shù)仍是對(duì)有效強(qiáng)度比影響最大的因素，與動(dòng)彈性應(yīng)變不同，固結(jié)比、動(dòng)應(yīng)力比、圍壓所產(chǎn)生的動(dòng)彈性孔壓都比較大，有效強(qiáng)度的衰減波動(dòng)范圍較大。而頻率對(duì)有效強(qiáng)度的影響規(guī)律性不強(qiáng)。

針對(duì)有效強(qiáng)度的衰減作進(jìn)一步研究分析，定義有效強(qiáng)度折減系數(shù)為：

(3)

通過(guò)定義可知，當(dāng)有效強(qiáng)度增加時(shí)，β>0；當(dāng)有效強(qiáng)度衰減時(shí)，β<0。

圖10粉黏土的εdmax-εdmin與β關(guān)系

圖10中粉黏土的εdmax-εdmin與β關(guān)系曲線為：

β=0.192 ln(εdmax-εdmin)+1.4569

(4)

β與εdmax-εdmin呈現(xiàn)出對(duì)函數(shù)關(guān)系，由圖10可知，彈性應(yīng)變與衰減系數(shù)呈正相關(guān)性，β會(huì)隨著εdmax-εdmin的增大最終趨于穩(wěn)定。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)中，大多數(shù)β>0，即表示土體承受循環(huán)荷載后土體的有效強(qiáng)度會(huì)衰減，衰減度可以達(dá)到30%。

圖11中粉黏土的Udmax-Udmin與β關(guān)系曲線為：

β=0.0842ln(Udmax-Udmin)+0.026

(5)

選用對(duì)數(shù)模型能夠比較好地模擬β與Udmax-Udmin的關(guān)系。與動(dòng)彈性不同，動(dòng)彈性孔壓與衰減系數(shù)曲線的上升階段更加陡峭，表明初期的動(dòng)彈性孔壓對(duì)土體有效強(qiáng)度的衰減更加明顯。各種因素的影響與圖7中基本一致。

圖11粉黏土的Udmax-Udmin與β關(guān)系

5 結(jié) 論

(1)通過(guò)試驗(yàn)得到了圍壓、頻率、動(dòng)應(yīng)力比、固結(jié)比和循環(huán)次數(shù)5種因素對(duì)動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)孔壓的影響規(guī)律。同時(shí)對(duì)與動(dòng)荷載作用下土體的可恢復(fù)動(dòng)應(yīng)變，彈性孔壓與循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了分析。

(2)分別探討以上5種因素對(duì)與土體動(dòng)靜強(qiáng)度的影響，5種因素下土體的總強(qiáng)度有時(shí)會(huì)保持不變甚至?xí)行》鹊脑鲩L(zhǎng)，在循環(huán)荷載作用下的土體強(qiáng)度較原來(lái)都會(huì)降低。并且未受循環(huán)荷載作用的土體會(huì)呈現(xiàn)出超固結(jié)土的特性。

(3)5種因素中，循環(huán)次數(shù)對(duì)土體的動(dòng)靜強(qiáng)度影響最大，動(dòng)應(yīng)力比與固結(jié)比次之，并且在加載10 000次以下循環(huán)荷載作用后，土體的不排水剪切強(qiáng)度比未承受循環(huán)荷載的土體剪切強(qiáng)度大，10 000次以后土體的剪切強(qiáng)度會(huì)降低，而且在長(zhǎng)期循環(huán)次數(shù)的作用下土體會(huì)喪失承載能力。

(4)建立了彈性動(dòng)應(yīng)變、彈性動(dòng)孔壓與有效強(qiáng)度的指數(shù)模型關(guān)系式和彈性動(dòng)應(yīng)變、彈性動(dòng)孔壓與衰減系數(shù)的對(duì)數(shù)模型關(guān)系式。

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