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《天津大学》 2012年
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循环荷载作用下饱和黏土的力学性质研究

霍海峰  
【摘要】:随着我国交通建设的迅猛发展,交通荷载所引起的岩土工程问题日益受到岩土工程学者们的关注。本文针对交通荷载作用下天津黏土的动力特点,通过室内动三轴试验详细研究了循环荷载作用下软土的力学性质. 通过静三轴试验与直剪试验研究了剪切速率对黏土不排水强度的影响。对于三轴CU试验,加荷速率的增加对土体强度的提高有积极作用,而直剪试验的结果则相反。对不同固结压力、不同加荷比、不同排水条件下黏土的蠕变规律进行了试验研究,发现不同条件下黏土的蠕变发展有较大的差别。分析了产生上述不同效果的原因。 针对交通荷载作用下黏土地基的动力特点,采用GDS动力三轴仪对天津临港地区典型原状粉质黏土进行了动力试验。深入研究了固结压力、动应力比、动静应力耦合、振动频率以及固结比对动荷载作用下饱和黏土动力特性的影响。研究发现,不同应力比下土样的变形曲线形式有所不同;振动频率对于土体动变形、动孔压、动弹性模量以及双幅动应变的影响不可忽略;软化指数存在界限值,达到界限值后,软化指数不再下降;动应力一定时,动变形随静应力的增加由拉应变向压应变发展,静应力一定时,压应变随动应力的增加不断增加,当出现拉应力后,压应变向负方向发展,并可能出现拉应变,存在临界静动应力比,达到临界值时不产生塑性应变,其值大概在0.3-0.5之间;动变形随着固结比的增加不断减小;对于以塑性累积应变为破坏标准的动强度试验,针对4种不同变形曲线形式定义了不同的破坏标准。 研究了固结压力、动应力比、动静应力耦合、振动频率以及固结比对动荷载作用下饱和重塑黏土动力特性的影响,并与原状土结果进行了比较。研究发现,重塑土变形曲线多为双线性发展,拐点出现在轴向塑性应变3%左右;与原状土相比,重塑土更容易出现软化现象,出现“液化”;振动频率对于土体动变形、动孔压、动弹性模量的影响较大,对于试验所用重塑土,软化指数界限值大概在0.4左右;动静应力耦合作用对重塑土的变形影响规律与原状土类似;随着固结比的增加,重塑土动变形先减小后增大。 对循环荷载作用后饱和原状土与重塑土的力学性质进行了研究。发现振后原状土的不排水强度将会发生衰减,建立了振后不排水抗剪强度比与振后轴向应变的公式;振后饱和粘土不排水剪切应力路径呈现似超固结的特性,随强度衰减程度的加深,应力路径由正常固结向轻超固结,再向重超固结应力路径发展,提出了循环荷载作用后不排水剪切q,/σ,3–p,/σ,3应力路径图;振后饱和重塑土的不排水抗剪强度变化不大。循环荷载作用后,考虑孔压消散时,土体刚度强度将有较大程度的提高,固结度对于土体刚度强度有较大影响,重复固结剪切作用下,不同阶段土体变形主要来自固结作用;黏土渗透系数随固结压力的增大而降低,随振后动应变的增加而增加。
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