不同應力路徑下土的強度測驗研究

祝進弟 齊永正,2 張兆兵 汪 燦

(1.江蘇科技大學 土木工程與建筑學院，江蘇 鎮江 212000；2.河海大學 土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

1 試驗準備

1.1 試驗材料

取鎮江下蜀土樣如表1所示。

1.2 試驗儀器

烘箱，天平，稱量盒，比重瓶，0.1kPa真空煲，TSZ系列全自動三軸儀。

1.3 試驗步驟

將所取的原狀土放在太陽下曬干、磨細。

(1)制備土樣的擊實、飽和。取曬干磨細后的土樣500g，加入純水直到含水率為20%,做擊實土樣、飽和土樣實驗。

表1 試樣的物理力學性質指標

(2)常規三軸實驗

將擊實、飽和后的三個土樣裝在三軸儀中，依次在圍壓100kPa，200kPa，300kPa下進行常規三軸實驗。

(3)不同應力路徑實驗

將擊實、飽和后的兩個土樣裝在三軸儀中，依次在軸壓100kPa增大同時200kPa圍壓減小、軸壓100kPa保持不變同時200kPa圍壓減小兩種不同應力路徑下進行實驗。

2 試驗結果與分析

2.1 常規三軸試驗結果

通過實驗研究，ccu=57.40,Φcu=7.36。根據土的抗剪強度計算公式，可知常規三軸實驗土的強度與主應力差成正比。與此同時，在軸向應變在0.000mm～8.800mm范圍內，圍壓為200kPa，300kPa時，主應力差基本保持不變，而圍壓為100kPa時，主應力差呈現先升后平的趨勢；軸向應變在8.800mm～16.000mm范圍內，圍壓越大，出現的峰值越大。

2.2 不同應力路徑三軸試驗結果

在軸壓100kPa增大且200kPa圍壓減小以及軸壓100kPa不變且200kPa圍壓減小的應力路徑下，軸向應變在0.000mm～7.000mm范圍內，主應力差都呈現直線上升曲線，軸向應變與主應力差成正比例關系。軸向應變在7.000mm～21.587mm范圍內，主應力差呈先急劇下降后急升趨勢，由此可知，土樣已經被剪壞。

2.3 常規與不同應力路徑三軸試驗結合結果

在固結不排水條件下，當固結應力低時，圍壓很低，在破損過程中膠結強度發揮了重要作用，故在總圍壓為常數或增加時，軟化現象不太明顯；當固結應力高時，膠結強度受到了破損，土樣所表現出的性質類似于重塑土的，破損過程中表現為塑性流動或稍有軟化不排水條件下，總圍壓降低時，低固結應力下膠結強度發揮作用，表現為塑性流動，而高圍壓時表現為很強的應變軟化。

3 結 論

(1)在不同的應力路徑和不排水條件下，在常規三軸試驗中，當在不同的固結應力狀態下進行試驗時，當總圍壓為增大時，土樣表現為不同程度的應變硬化現象，而孔壓一直增大，直到試樣破壞還有增大的趨勢;當總圍壓降低時，土樣表現為不同程度的應變軟化現象，而孔壓增大到某一值后會降低很多。

(2)在固結不排水條件下，在不同應力路徑試驗中，當有效主應力增大時，土樣表現為同一程度的應變規律，先是直線硬化，后是突然地下降，達到試樣破壞還持續上升。

(3)常規三軸試驗中，在固結不排水條件下結構性土樣的強度包絡線是一條不經過原點的直線，與第二個應力圓沒有相切，在有效主應力差作用下表現為線性的。

(4)在常規應力和兩種不同應力路徑三軸試驗中，同樣是在固結不排水條件下，結構性土樣在有效主應力下表現為不同的硬化現象，隨著應力的增加，硬化增加，達到破壞還持續硬化。但是在兩種不同應力作用時，與常規應力作用相比，應力出現驟然下降后上升的現象，應變也表現出不同的軟化現象。同時結構性土樣在這三種應力作用，表現出不同程度的剪脹現象。

(5)在固結不排水條件下，結構性土樣的強度無論是在常規應力作用下，還是在不同應力作用下，表現的特性都是視具體情況而定的。由此可知，在實際工程中土的強度都是根據現場實際情況測定的。

4 對實際工程的意義

地下工程在開挖等施工過程中不可避免地對周圍土體及鄰近建筑物產生擾動影響。長期以來，由于人們對地下基坑工程施工擾動引起的周圍土體性質的改變和施工中結構與土體介質的變形、失穩、破壞的發展過程認識不足，導致城市基礎設施在建設過程中產生基坑邊坡失穩及坍塌等，并造成了人員傷亡等屢見不鮮的事故。而經過對不同應力路徑下土的強度的研究恰恰可以解決這個問題，對實際工程的意義十分重大。