特殊应力路径下软黏土变形与强度特性试验研究.pdf

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1、第44卷第4期人民长江Vo1．44．No．42013年2月YangtzeRiverFeb．，2013文章编号：1001—4179(2013)04—0048—04特殊应力路径下软黏土变形与强度特性试验研究孙长帅，秦秀娟2，滕继东(1．山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250100；2．山东黄河勘测设计研究院，山东济南250013；3．中国地质大学工程学院，湖北武汉430074)摘要：通过进行软黏土的常规三轴固结排水试验、K固结轴向加栽排水剪切试验及Ko固结侧向卸荷排水剪切试验。模拟基坑侧壁土体的实际应力路径，对比分析3种不同应力路径

2、下土体的变形和强度特性。分析结果表明：①在3种试验应力路径下，软黏土土样破坏时的主应力差值随着固结围压的增加而增加，均呈近似线性变化；②侧向卸荷应力路径下，软黏土的变形和强度特性较之常规三轴试验结果均有较大差异；③相对于各向等压固结，Ko固结条件下土体的凝聚力减小，内摩擦角增大。研究结论为基坑设计时采用反映土体实际应力路径的力学参数提供了理论依据。关键词：特殊应力路径；黏性土；固结；应力应变特性；基坑中图法分类号：TV551．4文献标志码：A目前，在进行基坑支护设计时一般采用常规三轴分析，常将基坑开挖影响区域划分为基坑侧壁主动区压缩

3、试验取得土体的强度指标，即在围压不变，轴向加与基坑内部被动区两个部分，如图1所示，图中I区载至土体破坏的应力路径下取得各项力学参数。然为主动区，Ⅱ区为被动区。而，这种试验方法与基坑开挖过程中土体实际经历的应力路径不尽相同。在不同应力路径下土体所表现出I区I区的不同强度特性是基坑支护设计中的不确定性因素。Ⅱ区为此，国内外一些学者针对不同土体进行了诸多特殊应力路径下应力应变特性试验研究，得出了许多有益图1基坑开挖影响区域划分的结论¨。但由于试验排水时间较长、试验仪器限基坑开挖前，两个区域的初始应力状态均可表示制等因素的制约，针对特殊应力

4、路径下软黏土的试验相对较少，不同应力路径下黏性土的应力应变特性及为力学参数的变化规律尚待进一步研究。OrIv(1)本文采用重塑软黏土土样，分别进行常规三轴固L3h结排水试验、固结轴向加载排水剪切试验及固结式中，O1为大主应力；or为小主应力；or为垂直应力；侧向卸荷排水剪切试验，以模拟基坑侧壁土体真实应or为水平应力。力路径，为黏性土地区基坑支护设计参数的选取及基随着基坑开挖过程的进行，I区侧向卸荷，基坑边坑侧壁土体变形的研究提供参照。界发生侧向位移，支护结构外侧土体垂直向应力不变、水平向应力逐渐减小。Ⅱ区土体单元所受的竖向荷载1基

5、坑开挖过程中土体应力路径分析被逐层卸除，土体单元所受竖向应力减小，横向应力不基坑开挖一般按平面应变问题进行讨论，为方便变。本文选择开挖影响较大的I区为研究对象，模拟收稿日期：2012—07—07作者简介：孙长帅，男，硕士，主要从事岩土工程勘测设计与土的工程性质研究工作。E—mail：sunchangshuai@sdepci．tom第4期孙长帅，等：特殊应力路径下软黏土变形与强度特性试验研究49该区实际的应力路径进行试验，并与常规三轴试验进s的增大而不断增大，呈现明显的硬化特性，其中方行对比，讨论不同应力路径下该区域土体强度参数及案1

6、与方案2曲线形状相似，方案3与前两者有较大变形特性的差异。差异。6002特殊应力路径试验设计500针对基坑开挖过程中侧壁土体真实经历的应力路400径，为分析固结及加(卸)载方式对土体工程性质的影爸300响，笔者设计了3种试验方案。i200方案1(简称CID试验)。常规三轴固结排水试验，即在各向等压条件下固结后再轴向加载至剪切破100坏，以与本文进行的特殊应力路径试验进行对比。l0l508a／％方案2(简称CK。D1试验)。K。固结轴向加载排(a)方案17OO水剪切试验，即固结、围压不变、轴压增大的排水剪600切试验，用以研究固结对土

7、体工程性质的影响。5o0方案3(简称CK。D2试验)。固结侧向卸荷排水言4I)o剪切试验，即固结、轴压不变、围压减小的排水剪切3oo试验。该应力路径是模拟图1中区域I，即基坑侧壁200土体的应力路径。lOO以上3种方案均进行50，100，200，300kPa四级OlOl5围压下的试验，剪切过程采用应变控制式，考虑到试验sa／％(b)方案2仪器的局限性以及试验所用的黏性土渗透系数较低等400因素的影响，试验的固结和剪切过程采用同一速率3503O00．015mm／min。试验所用土样的物理性质指标见表2,501爸200表1土样物理性质指

8、标i15010050051Ol52025Sa／％(c)方案3众所周知，固结试验的关键是控制试样不发生图2(一3)～关系曲线侧向变形。本次试验根据试样的体变和轴向压缩量△日，建立如(2)式所示关系式来控制侧向变形。方案1和方案2的差别仅