不同應(yīng)力路徑下土的強度測驗研究

祝進弟 齊永正,2 張兆兵 汪 燦

(1.江蘇科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)

1 試驗準備

1.1 試驗材料

取鎮(zhèn)江下蜀土樣如表1所示。

1.2 試驗儀器

烘箱，天平，稱量盒，比重瓶，0.1kPa真空煲，TSZ系列全自動三軸儀。

1.3 試驗步驟

將所取的原狀土放在太陽下曬干、磨細。

(1)制備土樣的擊實、飽和。取曬干磨細后的土樣500g，加入純水直到含水率為20%,做擊實土樣、飽和土樣實驗。

表1 試樣的物理力學(xué)性質(zhì)指標

(2)常規(guī)三軸實驗

將擊實、飽和后的三個土樣裝在三軸儀中，依次在圍壓100kPa，200kPa，300kPa下進行常規(guī)三軸實驗。

(3)不同應(yīng)力路徑實驗

將擊實、飽和后的兩個土樣裝在三軸儀中，依次在軸壓100kPa增大同時200kPa圍壓減小、軸壓100kPa保持不變同時200kPa圍壓減小兩種不同應(yīng)力路徑下進行實驗。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)三軸試驗結(jié)果

通過實驗研究，ccu=57.40,Φcu=7.36。根據(jù)土的抗剪強度計算公式，可知常規(guī)三軸實驗土的強度與主應(yīng)力差成正比。與此同時，在軸向應(yīng)變在0.000mm～8.800mm范圍內(nèi)，圍壓為200kPa，300kPa時，主應(yīng)力差基本保持不變，而圍壓為100kPa時，主應(yīng)力差呈現(xiàn)先升后平的趨勢；軸向應(yīng)變在8.800mm～16.000mm范圍內(nèi)，圍壓越大，出現(xiàn)的峰值越大。

2.2 不同應(yīng)力路徑三軸試驗結(jié)果

在軸壓100kPa增大且200kPa圍壓減小以及軸壓100kPa不變且200kPa圍壓減小的應(yīng)力路徑下，軸向應(yīng)變在0.000mm～7.000mm范圍內(nèi)，主應(yīng)力差都呈現(xiàn)直線上升曲線，軸向應(yīng)變與主應(yīng)力差成正比例關(guān)系。軸向應(yīng)變在7.000mm～21.587mm范圍內(nèi)，主應(yīng)力差呈先急劇下降后急升趨勢，由此可知，土樣已經(jīng)被剪壞。

2.3 常規(guī)與不同應(yīng)力路徑三軸試驗結(jié)合結(jié)果

在固結(jié)不排水條件下，當固結(jié)應(yīng)力低時，圍壓很低，在破損過程中膠結(jié)強度發(fā)揮了重要作用，故在總圍壓為常數(shù)或增加時，軟化現(xiàn)象不太明顯；當固結(jié)應(yīng)力高時，膠結(jié)強度受到了破損，土樣所表現(xiàn)出的性質(zhì)類似于重塑土的，破損過程中表現(xiàn)為塑性流動或稍有軟化不排水條件下，總圍壓降低時，低固結(jié)應(yīng)力下膠結(jié)強度發(fā)揮作用，表現(xiàn)為塑性流動，而高圍壓時表現(xiàn)為很強的應(yīng)變軟化。

3 結(jié) 論

(1)在不同的應(yīng)力路徑和不排水條件下，在常規(guī)三軸試驗中，當在不同的固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)下進行試驗時，當總圍壓為增大時，土樣表現(xiàn)為不同程度的應(yīng)變硬化現(xiàn)象，而孔壓一直增大，直到試樣破壞還有增大的趨勢;當總圍壓降低時，土樣表現(xiàn)為不同程度的應(yīng)變軟化現(xiàn)象，而孔壓增大到某一值后會降低很多。

(2)在固結(jié)不排水條件下，在不同應(yīng)力路徑試驗中，當有效主應(yīng)力增大時，土樣表現(xiàn)為同一程度的應(yīng)變規(guī)律，先是直線硬化，后是突然地下降，達到試樣破壞還持續(xù)上升。

(3)常規(guī)三軸試驗中，在固結(jié)不排水條件下結(jié)構(gòu)性土樣的強度包絡(luò)線是一條不經(jīng)過原點的直線，與第二個應(yīng)力圓沒有相切，在有效主應(yīng)力差作用下表現(xiàn)為線性的。

(4)在常規(guī)應(yīng)力和兩種不同應(yīng)力路徑三軸試驗中，同樣是在固結(jié)不排水條件下，結(jié)構(gòu)性土樣在有效主應(yīng)力下表現(xiàn)為不同的硬化現(xiàn)象，隨著應(yīng)力的增加，硬化增加，達到破壞還持續(xù)硬化。但是在兩種不同應(yīng)力作用時，與常規(guī)應(yīng)力作用相比，應(yīng)力出現(xiàn)驟然下降后上升的現(xiàn)象，應(yīng)變也表現(xiàn)出不同的軟化現(xiàn)象。同時結(jié)構(gòu)性土樣在這三種應(yīng)力作用，表現(xiàn)出不同程度的剪脹現(xiàn)象。

(5)在固結(jié)不排水條件下，結(jié)構(gòu)性土樣的強度無論是在常規(guī)應(yīng)力作用下，還是在不同應(yīng)力作用下，表現(xiàn)的特性都是視具體情況而定的。由此可知，在實際工程中土的強度都是根據(jù)現(xiàn)場實際情況測定的。

4 對實際工程的意義

地下工程在開挖等施工過程中不可避免地對周圍土體及鄰近建筑物產(chǎn)生擾動影響。長期以來，由于人們對地下基坑工程施工擾動引起的周圍土體性質(zhì)的改變和施工中結(jié)構(gòu)與土體介質(zhì)的變形、失穩(wěn)、破壞的發(fā)展過程認識不足，導(dǎo)致城市基礎(chǔ)設(shè)施在建設(shè)過程中產(chǎn)生基坑邊坡失穩(wěn)及坍塌等，并造成了人員傷亡等屢見不鮮的事故。而經(jīng)過對不同應(yīng)力路徑下土的強度的研究恰恰可以解決這個問題，對實際工程的意義十分重大。