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自然排水条件下砂土变形特性的试验研究

刘彦玲  
【摘要】:岩土工程中地震造成的砂土液化问题一直是重点和热点研究方向。在地震过程中土体内部会产生超静孔隙水压力。当土体中存在渗透系数有明显差异的土层时,超静孔隙水压力在扩散、转移、重分布过程中会导致孔隙水集中渗流累积至该局部区域,导致该局部区域土体吸水变松。同时在地震引发的驱动剪应力作用下,引起剪胀性砂土边坡地震后流动大变形甚至失稳。研究剪胀性砂土构筑物地震后流动大变形需要正确再现实际边值问题中超静孔压的扩散、转移、重分布过程和由此导致的局部土体剪切吸水现象,以及合理描述饱和砂土在强制吸水过程中的变形特性。饱和砂土在强制吸水过程中变形特性的核心是保持驱动剪应力及当前峰值应力比时的剪胀特性。本文主要进行了以下几个方面的研究:(1)对西南交通大学岩土中心三轴仪进行升级改造。开发了一套饱和砂土流滑应力路径下剪切吸水试验的装置。并用试验进行了验证工作(2)为了研究不同排水情况下砂土的变形特性,设计了不同排水情况下的试验方案。实施了一系列物性试验和静力试验,对砂土的物理力学指标进行了测定,为后续的三轴试验参数选取提供了依据。(3)开展了完全排水、不排水以及流滑应力路径剪切吸水条件下的三轴试验。分析了完全排水和不排水条件下的试验结果,指出完全排水和不排水情况下的应力路径及变形特性与流滑应力路径剪切吸水的不同。(4)对不同相对密实度,不同初始固结应力,不同初始等偏应力条件下的流滑路径剪切吸水试验结果进行了深入分析。总结了以上三种不同因素影响下,应力路径曲线、围压曲线、偏应力曲线、剪应力比曲线、体变曲线的变化规律。① 相对密实度的主要影响有:影响应力路径流滑破坏阶段的斜率;影响流滑启动阶段控制围压降低的速率;影响剪应力比曲线形态;以及影响剪切吸水体变量;对偏应力变化基本没有影响。② 初始固结应力的主要影响有:对体变量有较小的影响;对其他结果基本没有影响。③ 初始等偏应力主要影响有:影响应力路径中流滑破坏启动阶段的偏应力以及流滑破坏阶段在剪切破坏线上的位置;影响偏应力的初始及最终状态;影响稳定状态的围压值;对剪应力比基本没有影响;对吸水体变量有较小影响。


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