粘性土應力路徑試驗

1、第27卷第5期2005年9月南京工業(yè)大學學報 JOURNAL OF NANJ I N G UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGYVol . 27No . 5Sep. 2005粘性土應力路徑試驗常銀生, 王旭東, 宰金珉, 徐建龍 (南京工業(yè)大學土木工程學院, 江蘇南京210009摘要:利用G DS 多功能三軸儀, 對南京河西地區(qū)原狀粘性土進行了常規(guī)三軸壓縮、減壓三軸壓縮和等p 應力路徑的固結(jié)不排水三軸試驗, 探討不同應力路徑下粘性土的變形和強度特性。實驗表明:不同應力路徑下土的應力應變關(guān)系都呈曲線形態(tài)相似的非線性應變硬化型, 而土的峰值強度和土中孔隙水壓力差異明顯; 驗得到的

2、有效應力路徑形態(tài)一致, 常規(guī)三軸壓縮試驗中有效應力路徑呈S 。關(guān)鍵詞:粘性土; 固結(jié)不排水三軸試驗; 應力路徑中圖分類號:T U411文獻標識碼:A -( 05-, 的應力狀態(tài), 1, 方向有關(guān), La 提出的應力路徑方法為研究在不同加載條件下土的強度和變形特性提供了一個合理方法。基坑開挖卸荷引起坑周土中應力場的變化, 因所處位置不同, 土體經(jīng)受的應力路徑也不盡相同, 國3, 4內(nèi)外學者對基坑開挖中的應力路徑和不同應力578, 9路徑下土的變形、強度等特性進行了現(xiàn)場監(jiān)測和室內(nèi)應力路徑三軸試驗研究。研究表明不同的應力路徑下土的性質(zhì)存在明顯差異, 常規(guī)三軸壓縮試驗結(jié)果用于基坑工程分析時, 導致計算

3、結(jié)果與實際情況差距較大。已有的研究成果由于受試驗設備的控制和數(shù)據(jù)采集等功能的限制, 難以全面反映試驗過程和試驗結(jié)果, 存在一定的局限性, 因此有必要對不同應力路徑下土的強度和變形等特性進行詳細的深入研究。10, 本文選取常規(guī)三軸壓縮應力路徑(3=0 、等平均應力p 應力路徑(p =0 及基坑1=開挖主動區(qū)典型的減壓三軸壓縮應力路徑(30 , 利用G DS 多功能三軸儀對飽和原狀粘0, 性土進行固結(jié)不排水應力路徑三軸試驗, 全面探討在不同應力路徑下土的變形、強度和孔隙水壓力等特性, 并通過對比分析總結(jié)規(guī)律。1試驗研究111應力路徑針對天然土層在其沉積歷史過程中形成的各向、強度及孔隙水壓力的影響。

4、試驗設計的應力路徑如圖1所1 為110示, 固結(jié)過程分別采用應力比(K =3/的等向固結(jié)和應力比為017的非等向固結(jié)兩種應力路徑(OA 、OD ; 剪切過程分別采用常規(guī)三軸壓縮應力路徑(AB 、DE 、等p 應力路徑(AG 與減壓三軸壓縮應力路徑(AC 、DF 。試驗方案詳見表1。圖1p q 空間應力路徑Fig . 1Stress path on p q s pace收稿日期:2005-03-30基金項目:國家自然科學基金(No . 50278024 ; 江蘇省高校自然科學研究計劃(03KJB560044 作者簡介:常銀生(1979- , 男, 江蘇東臺人, 碩士生, 主要研究方向為土與結(jié)構(gòu)共

5、同作用;王旭東(聯(lián)系人 , 教授, Email:ce wxdnjut edu . cn 。第5期常銀生等:粘性土應力路徑試驗7112試驗設備試驗儀器采用英國G DS 多功能三軸儀, 主要由壓力室、加壓系統(tǒng)和量測與采集系統(tǒng)3部分組成(如圖2所示 。壓力室為3911mm B ishop &Wesley 應力路徑室, 最大軸力5kN , 最大圍壓1700kPa; 加壓系統(tǒng)包括3MPa 壓力和200mL 體積控制器3套, 分別用以提供圍壓、軸力和反壓; 量測系統(tǒng)包括內(nèi)置水下荷重傳感器、孔壓傳感器和線性位移傳感器等各類傳感器, 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集板和轉(zhuǎn)換器。表1試驗方案Table 1Experi

6、m ent p lan固結(jié)過程(排水試樣編號10515020011015020070剪切過程(不排水應力路徑控制方式圍壓3/kPa105150150 20070105140150應力路徑1K =3/1101007110110017017017110C UCTC 110C UCTC 110C UCTC00105mm /min017110CRRTC 110C URTC 017C URTC 017C URTC 017C UTC 11015014010530 足以使土維持一定的剛度和強度, 除CURTC 017試樣外, 其余試樣已達到或接近破壞, 由CURTC 110和CURTC 017的試驗結(jié)果可知

7、, 等向 固結(jié)試樣的峰值強度要略大于非等向固結(jié)試樣的強20014070驗得到的a 要明顯大于減壓三軸壓縮試驗得到的相同固結(jié)圍壓下, 土的常規(guī)三軸壓縮試驗峰值a 。強度大于減壓三軸壓縮試驗峰值強度。試驗中孔隙水壓力反應明顯不同, 孔隙水壓力在常規(guī)三軸壓縮試驗中表現(xiàn)為正孔壓, 而減壓三軸壓縮試驗中表現(xiàn)為負孔壓, 反映了試樣在剪切過程中分別呈現(xiàn)剪縮和剪漲特性 。圖7有效應力路徑Fig . 7Effective stress path圖9有效應力路徑Fig . 9Effective stress path度, 此外, 無論是等向固結(jié)還是非等向固結(jié)試樣, 其峰值強度都隨固結(jié)圍壓的增加而提高, 上述現(xiàn)象,

8、 反映了土的壓硬性對土的剛度和峰值強度的影響。CURT C 017試樣與其余兩個非等向固結(jié)試樣相70圖10和圖11給出了等向、非等向固結(jié)下常規(guī)三軸壓縮和減壓三軸壓縮試驗結(jié)果的對比, 在常規(guī)三軸壓縮試驗中, 等向固結(jié)試樣的峰值強度和孔隙水壓力均大于非等向固結(jié)試樣的結(jié)果, 等向、非等向固結(jié)試樣的有效應力路徑形態(tài)相似。在減壓三軸壓比, 其軸向應變、孔壓和強度等規(guī)律有明顯的差異。 10南京工業(yè)大學學報第27卷 圖10q a 及u a 曲線a curves Fig . 10q a and u 圖12q a 及u a u a Fig . 12q 圖11有效應力路徑Fig . 11Effective str

9、ess path圖13有效應力路徑Fig . 13Effective stress path縮試驗中, 等向固結(jié)試樣的孔隙水壓力(絕對值 大200于非等向固結(jié)試樣的結(jié)果, 由圖7中CURTC 110和CURTC 110的試驗結(jié)果可知, 等向固結(jié)試樣的峰值強140度略大于非等向固結(jié)試樣的峰值強度, 但兩者的有效應力路徑形態(tài)具有相似性。由圖12和圖13給出的等向固結(jié)下常規(guī)三軸壓縮試驗、等p 試驗和減壓三軸壓縮試驗結(jié)果對比分析可知, q a 曲線形態(tài)相似, 等p 試驗得到的峰值強度和孔隙水壓力介于常規(guī)三軸壓縮試驗和減壓三軸壓縮試驗之間, 等p 試驗產(chǎn)生正孔隙水壓力。3種試驗的有效應力路徑形態(tài)逐漸變化

10、, 常規(guī)三軸壓縮試驗中試驗初期p 略有增加的現(xiàn)象在等p 試驗和減壓三軸壓縮試驗中消失, 試驗后期p 增加的現(xiàn)象減弱。連接各試驗有效應力路徑上的峰值, 得到一通過原點的直線, 其斜率M c 為1161, 如圖14所示。試驗結(jié)果表明, 不同應力路徑下, 土的變形、強度和孔隙水壓力等特性的差異, 對于實際工程問題, 應根據(jù)具體的受荷條件, 針對性地開展相關(guān)的應力路徑試驗, 獲取合理的變形和強度參數(shù) 。圖14p q 坐標中破壞點Fig . 14Failure points in p q s pace3結(jié)論(1 在不同應力路徑下q a 非線性關(guān)系明顯,曲線呈應變硬化型。(2 不同應力路徑得到的土的峰值強

11、度不同, 其規(guī)律為按常規(guī)三軸壓縮試驗、等p 試驗、減壓三軸壓縮試驗依次遞減, 在試驗結(jié)束時, 除個別減壓三軸 5期 第 常銀生等 : 粘性土應力路徑試驗 11 壓縮試驗外 ,其余試樣基本已達到破壞 。 ( 3 常規(guī)三軸壓縮試驗和等 p 試驗中觀察到正 孔壓 ,表明剪切過程中土呈現(xiàn)剪縮特性 ; 減壓三軸壓 縮試驗觀察到負孔壓 , 呈現(xiàn)剪脹特性 , 孔壓 (絕對 值 均隨固結(jié)圍壓的增高而提高 。 ( 4 相同應力路徑試驗得到的有效應力路徑具 有明顯相似性 。常規(guī)三軸壓縮試驗中有效應力路徑 呈 S形的特征 ,但在等 p 試驗和減壓三軸壓縮試驗 中 ,其現(xiàn)象得到減弱或消失 。 參考文獻 : 1 Lam

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15、 cohesive so il ( College of Civil Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China Abstract:Deformation and strengthening behaviors of cohesive soil at the west area of Nanjing city were investigated ferent stress paths, which include conventional triaxial comp ression, reduced

16、triaxial comp ression and w ith constant sure are obviously different in different stress pathes The shape of effective stress path is sim ilar under the same . stress path testing, the S shape of effective stress path was observed in conventional triaxial comp ression test . by using GDS triaxial instrum ent, the triaxial tests were carried out under consolidated undrained condition w ith dif2 p Th