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直剪试验剪切速率对黏性土强度影响试验研究

史卜涛  
【摘要】:地裂缝是弯曲力与剪切力共同作用的结果,剪性裂缝的产生受土体的抗剪强度的影响,而土体的抗剪强度又与其剪切速率有关。另一方面,与通常建筑荷载作用相比,地下水开采引起土中应力的变化较为缓慢。因此,研究剪切速率对土体抗剪强度的影响,对于地下水开采引起的地裂缝形成机理的研究有重要的意义。本文研究了重塑饱和黏性土在正常固结及超固结状态下,直剪仪剪切速率分别为0.02、0.1、0.5、0.8和2.4 mm/min时,剪切位移-剪应力曲线及抗剪强度变化情况。结果表明,剪切速率对剪切位移-剪应力曲线影响明显,而且对抗剪强度参数,如内摩擦角、黏聚力、残余内摩擦角、残余黏聚力影响也较为明显。对于正常固结土,剪切位移-剪切应力曲线近似为双曲线,而且拟合良好。初始劲度系数随着剪切速率的增大而增大,峰值应力随着剪切速率的增大而减小。对强度参数分析,内摩擦角随着剪切速率的增大而减小,在不同密度条件下,密度越大,内摩擦角受剪切速率影响作用越明显。直剪试验土样的破坏面形状受剪切速率的影响,剪切速率越大,破坏剪切面越平整,剪切速率越小,破坏剪切面越粗糙。剪切面越平整,在滑动过程中摩擦系数相对偏小,对应的峰值剪应力越小。剪切面越粗糙,在滑动过程中摩擦系数相对较大,对应的峰值应力越大。对于超固结比为2、3的超固结土样,剪切位移-剪应力曲线的初始劲度系数随剪切速率的影响较小,峰值应力随着剪切速率的增大而减小。剪切速率影响剪切位移-剪应力曲线进而影响强度参数,OCR=3时,内摩擦角随剪切速率呈随机性变化,变化范围较小,黏聚力随着剪切速率的增大而增大,残余内摩擦角及残余黏聚力随着剪切速率而呈现随机性变化。剪切速率影响超固结土的剪缩性,在相同法向应力作用下,剪切速率越大,竖向位移越小,表现出明显的剪缩特性,剪切速率越小,剪缩性越明显。本文结合Goodman无厚度接触面单元,利用剪切位移-剪应力曲线的双曲线模型,推出了基于剪切速率的切线剪切劲度系数公式,为有限元数值模拟提供理论支持。


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