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粗粒土复杂应力路径试验研究

梁彬  
【摘要】: 粗粒料被广泛应用于土石坝、铁路和公路路基、桥梁墩台、软基础处理和高填方等土程,尤其在土石坝中,粗粒料作为主要的填筑材料用量巨大,它的力学性质对工程的安全和正常使用起到关键性的作用。但是目前对粗粒料的研究还不够深入,其基本性质有待研究。此外,在土石坝工程的有限元计算中多是采用邓肯-张模型,该模型是根据粘性土的力学性质建立起来的,对于它是否能应用于粗粒料,特别是能否反映粗粒料在各种应力路径中的力学性质还是有待验证的。文本针对上述问题进行了研究。 首先,根据设计的试验要求,结合GDS液体压力控制器、电子万能试验机以及基于、Vbasic开发的计算机自动控制系统,改进了原有试验仪器,编写了多种应力路径的控制程序段,从而能够满足多种应力路径试验的要求。 其次,对坝壳粗粒料采用不同的制样干密度进行了三轴固结排水剪切试验,根据试验结果分析了粗粒料的剪切性质以及密度对强度和变形特性的影响。 研究了土工布和橡皮膜嵌入量对试验的影响。对粗粒料进行了包裹土工布和不加土工布的常规三轴对比试验,分析了土工布的影响机理。采用等压固结试验对膜嵌入量进行量测,得出了橡皮膜嵌入量和围压之间双曲线形式的关系式。 再次,对坝壳粗粒料进行了不同干密度下的等p和等q的应力路径试验,分析了干密度对应力应变关系的影响,研究了粗粒料在特殊应力路径下的变形性质,根据试验数据拟合出粗粒料的剪切屈服面和体积屈服面。对坝壳粗粒料进行了应力路径偏转的等应力比试验,研究了粗粒料在该应力路径下的变形性质。 最后,根据常规三轴试验数据,分析了邓肯—张模型对本文试验的粗粒料的适用性。发现邓肯-张模型关于轴向应力与轴向应变成双曲线关系的假设适用于粗粒料,但是它关于侧向应变与轴向应变成双曲线关系的假设却不适用于粗粒料。根据等应力比试验数据,将模型计算曲线与试验点进行对比分析,发现邓肯-张模型不能较好的反映粗粒料的等应力比应力路径下的应力应变关系。


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