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成样方法对南通饱和粉砂变形及强度特性影响的实验研究

张文峰  
【摘要】: 室内静力三轴实验是获得土体变形及强度特性的有效手段之一,目前己被国内外广为采用。而室内实验一定离不开试样制备这一步骤,对于静力三轴实验而言,可以采用原状试样和扰动土重塑试样两种方式进行实验。当采用扰动土重塑的方式制备试样时,制备手段的不同会导致试样内部土粒排列结构的不同,从而引起试样力学性质的差异。 本文在对南通饱和粉砂进行常规的颗粒分析、比重及相对密度实验的基础上,着重进行了采用不同试样制备方法的静力三轴实验的研究,分析了采用不同的试样制备方法对南通饱和粉砂应力-应变关系、应力路径、破坏强度、稳态线和稳态内摩擦角以及邓肯-张模型参数等方面的影响。同时进行了不同试样制备方法的直剪实验,并与三轴实验结果对比。 本文的三轴实验采用固结不排水剪切实验和固结排水剪切实验两种形式,利用应变控制式三轴仪完成。固结不排水剪切实验控制初始固结围压分别为100、200、300kPa,固结排水剪切实验控制初始固结围压为100kPa。试样分为原状试样和扰动土重塑试样;重塑试样的成样方法采用干装法和湿装法两种,其中干装法又具体分为干装夯实法和干装振密法;控制重塑试样的初始相对密度分别为20%、45%和70%。直剪实验采用慢剪实验,控制固结压力分别为100、200、300、400kPa;试验采用扰动土重塑试样,分干装和湿装两种成样方法,控制初始相对密度分别为45%和70%。 通过研究发现,成样方法对南通饱和粉砂的静力三轴实验结果及直剪实验结果影响显著。在三轴固结不排水剪切实验中,干装法成样的试样的应力-应变关系及应力路径曲线均呈现硬化-部分剪胀模式,而采用湿装法成样时,所得的应力-应变关系及应力路径曲线不仅与干装法成样的实验结果不同,且与围压和初始相对密度有关,多数呈现完全软化-剪缩模式;干装法成样条件下所获得的总应力和有效应力抗剪强度指标φ_(cu)值和φ′值均明显大于湿装法成样获得的结果,相差10~40%;干装法的试样在实验过程中并没有观察到稳态现象,但其峰值有效内摩擦角与湿装法成样时的稳态有效内摩擦角几乎一致,本文由此提出类稳态的概念。在三轴固结排水剪切实验中,干装法试样的应力-应变关系均呈现先应变硬化而后应变软化的趋势,而湿装法试样的应力-应变曲线不仅与干装法成样所得的实验结果不同,且与初始相对密度有关。在直剪实验中,干装法成样获得的抗剪强度指标φ_s值均大于湿装法成样获得的结果,相差13~15%。


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