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不等向固结条件下砂土动力特性及强度归一化表征

汪清静  
【摘要】:土体的动力特性不仅与动荷载作用下其所经历的复杂动应力路径有关,也与土体的初始应力状态密切相关。因此,在不同的初始条件下,深入研究饱和地基土体在复杂动应力路径作用下的静、动力特性不仅是土动力学与岩土地震工程研究中的关键课题,也是海洋工程设施设计中首要面对的实际问题。 本文首先通过一系列三轴试验,分析了不同反压、围压下饱和砂土的应力-应变关系、孔压发展规律,在几种常用破坏取值标准下研究了反压饱和对于试验结果的影响,从而为后文的复杂动应力试验提供可靠条件。其次,以福建标准石英砂作为研究对象,在不同的初始固结条件下,利用空心圆柱扭剪仪进行了一系列复杂动应力路径试验,分析了饱和砂土在复杂动应力路径下的变形、孔压以及动强度等特性,也探讨了不同动应力路径下其动强度差异的本质原因。主要结论如下: 首先,固结不排水三轴试验中,反压对砂土应力应变关系、孔压发展具有明显影响,从而影响强度取值;而在固结排水试验中,施加不同的反压对于砂土抗剪强度基本无影响;在不排水剪切中,建议反压设为300-500kPa,且在同一组试样中采用统一的反压对试样进行饱和;在破坏标准上,建议采用最大有效主应力比(σ1'/σ3')max所对应强度作为砂土的不排水抗剪强度。其次,在等向与非等向两种固结方式下的复杂动应力试验中,应变与孔压的发展均相差较大,残余孔隙水压力比u/umax随残余广义剪应变Yg的变化规律基本与动应力路径的形式无关,但随着Kc值的增大,其双曲线形状越明显;在等向固结条件下,饱和砂土在圆形动应力路径试验下的动强度最低,循环三轴与循环扭剪较高,而斜椭圆应力路径下饱和砂土的动强度则处于前两者之间;在相同动应力路径下,固结Kc值越大,其动强度均越大,且在不同的固结比下,各破坏标准下的动强度规律并不相同;循环三轴或扭剪试验中,在不同广义剪应力比下试样破坏时累积的耗散能量几乎相同;现有的单位体积的累积剪切耗散能量简化计算方法不具有普遍适用性;加载效率与破坏振次之间存在近似的线性关系,且初步认为试样的固结比影响该线性关系的截距,而相对密实度影响斜率。


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