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考虑加载速率与应力路径影响的海积软土力学特性试验研究

胡恒东  
【摘要】:目前,对应力路径下海积软土的本构模型和力学分析方法的研究取得了一定进展,但是主要以一种应变速率或加载速率条件下的软粘土或人工制备土样应力路径试验为基础,很少考虑应力路径中不同加载速率对土样的力学性质、强度指标的影响。实际上,应力路径中土体的破坏强度随加载速率的变化而变化,要全面的认识海积软土的力学性质,以天然海积软土为对象并考虑应力路径中加载速率的影响是十分必要的。 本文在前人研究的基础上,针对天津滨海新区的天然海积软土,进行了一系列的室内试验研究,探讨加载速率对其力学特性的影响,主要内容和结论包括: 1、通过不同固结压力和不同应变速率条件下三轴固结不排水(CU)剪切试验,探讨了加载速率在CU试验中对软土力学特性的影响。可以得知: (1)土体的剪切的强度随着应变速率的增大而增大。孔隙水压力随着应变速率的增大而减小,同时,孔隙水压力系数Af也受到应变速率的影响,随着应变速率的增大而减小。 (2)土样黏聚力的随着应变速率的增大先增大后减小,但是内摩擦角随着应变速率的增大而增大。 2、通过不同应力路径和不同加载速率下的应力路径试验研究,探讨了加载速率在应力路径中对软土力学特性的影响。结果表明: (1)土体在减p(DEP)路径中得到的应力应变关系呈现为软化现象,加载速率越小应力应变关系的软化现象就越明显,而土体在增p(INP)、等p(KCP)路径中的应力应变关系呈现出硬化现象。土体的偏应力峰值整体上都随着加载速率的增大而增大。 (2)在不同应力路径中,整体上孔压都表现出随着加载速率的增大而减小的趋势。在减P(DEP)路径中,在低围压时,土样剪切破坏时的孔隙水压力受加载速率的影响很小。等P(KCP)、增P(INP)路径中,在低固结围压下,随着加载速率的增大,孔压先减小然后增大,但是总体上呈减小的趋势,而在高固结围压下,孔压则随着加载速率的增大而呈先增大后减小的趋势。 (3)在减P路径中土体的黏聚力c随着加载速率的增大而增大,土体的内摩擦角随着加载速率的增大而减小。在等P路径和增P路径中土体的黏聚力c随着加载速率的增大而先增大后减小,而等P路径和增P路径中土体的内摩擦角随着加载速率的增大而增大,且加载速率对增P路径中土体的内摩擦角影响比在等P路径中明显。 (4)通过试验成果的分析,给出了考虑应力路径与加载速率耦合作用下软粘土的不排水抗剪强度表达式和孔压强度表达式。


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