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复杂初始应力状态下非饱和黄土动强度特性试验研究

谭东岳  
【摘要】:黄土及黄土状土广泛分布于我国乃至世界许多其他国家和地区。近年来,黄土地区的工程建设日益增多,地震等自然灾害频繁发生,常规的动三轴试验仪和常规动扭剪仪所模拟的简单初始应力状态已无法满足实际工程的需要,复杂初始应力状态下的循环交通荷载、地震荷载以及波浪荷载等作用对黄土地区工程抗震设计提出了新的挑战。因此,获取合理的复杂初始应力状态下黄土的动力特征参数,为黄土地区工程抗震设计提供更准确的参考依据,具有重要的现实意义。 在当前对于复杂初始应力状态条件研究还相对较少,且主要研究材料为砂土、软土的情况下,本文利用改造后的DTC-199型电液伺服加荷循环周期扭转动三轴仪,进行了不同干密度ρd、含水率w、初始主应力方向角α_0、初始中主应力系数b_0、初始偏应力比η_0以及初始平均主应力pm_0下黄土动强度特性的试验研究,取得了以下结论: (1)黄土的动强度曲线 考虑到本试验中由于初始预剪应力的施加,土体存在较大的残余动剪应变,以及比较沈瑞福的破坏标准、黄绍铭的双幅应变标准、Andersen的破坏标准、王洪瑾的广义剪应变破坏标准和栾茂田提出的综合应变标准的优缺点,最终本文选定采用Andersen提出的破坏标准,即单个循环周期内,当试样产生的考虑残余剪应变情况下的平均剪应变达到15%或轴向变形达到5%时,认为试样破坏。 在其他条件相同的情况下,原状黄土的动强度大于重塑黄土的动强度;在其他条件相同的情况下,干密度越大,含水率越低,初始主应力方向角越小,初始偏应力比越小或初始平均主应力越大,黄土的动强度越大;初始中主应力系数对黄土的动强度特性的影响具有区间效应,当初始中主应力系数b_0在_0~_0.5范围内变化时,b_0越大,黄土的动强度越大;当b_0在_0.5~1范围内变化时, b_0越大,黄土的动强度越小。 (2)黄土τd/σ3~lgN关系曲线 在其他条件相同的情况下,干密度越小,含水率越大,初始平均主应力越小,τ_d/σ_3~lgN关系曲线归一性趋势越明显。 在其他条件相同的情况下,初始主应力方向角与初始中主应力系数对τ_d/σ_3~lgN关系曲线归一性的影响具有区间性,随初始主应力方向角α_0增大,τd/σ3~lgN关系曲线归一性先减弱后增强,当α_0=45°时,τ_d/σ_3~lgN关系曲线归一化程度最低;随着初始中主应力系数b_0的增大,归一性趋势先减弱后增强,在b_0=_0.5时,τd/σ3~lgN关系曲线归一化程度最低;初始偏应力比对τ_d/σ_3~lgN关系曲线归一性影响规律不明显。 (3)黄土的动强度参数 在不同初始条件下,黄土的动强度参数c_d和φ_d随振次的增大而减小,且逐渐趋于稳定。 相同的破坏振次下,干密度越大,含水率越小,初始主应力方向角越小,初始偏应力比越小或平均主应力越大,土体的动粘聚力c_d和动摩擦角φ_d越大,该结论与不同初始条件下黄土的动强度变化规律一致。初始中主应力系数对黄土动强度参数影响较小,但影响规律比较明显且与初始中主应力系数对黄土动强度的影响规律一致。


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