应力水平对结构性软黏土静力和动力变形特性影响的试验研究

1、 岩石 力学与工程学报 矩 由前文的压缩试验可知 ，结构性强的软黏土具 。 有明显的先期固结应力 。 和结构屈服应力 盯 。以 这两个关键应力点为界 ，可分为 个应力水平 阶 段 ，不同阶段土体结构性不同，其变形规律也发生 。 改变 。为了进一步了解结构性软黏土在不同应力水 平 的动应变特性 ，笔者利用同种土样进行 了循环 三轴 试 验 。 。 图 为原状软黏土轴 向动应变 一 循环振次关系 曲线。从图 中可以看出，当动应力幅值相对较小 时 ，在一定的循环荷载作用周数 内，土样的轴 向动 应变 一直很小且增长缓慢，当循环荷载作用到一 定次数后，土样变形突然开始急剧增大，在随后很 小的循环振次

2、范围内就达到破坏，土样呈现脆性 破坏特征 。随着动应力的增大，土样发生破坏所需 图 原状样的 （） 。关系 曲线 一 （） 。 。 一 的循环振次 不断减少，脆性破坏特征也逐渐变得 不 明显 。 ： ： 剪切 波速 （ （ ） ） 图 压缩试验 关 系 曲线 （） 次 ） （ ， ， 以看 出 ，重 塑样 的 关 系 曲线 呈 良好 的线 性 关 系，而原状样 由于结构性的影响， 其 关系 曲线 由 ， 和 两个应力 点 口 丁 大致划分为 个直线段， 与压缩 曲线 有着 良好 的对 应 关系 ， 由原状样 的 关系 曲线可 以方便、清晰地判定出土体 的先期固结 应力们和 结构 屈服 应 力

3、、 ， 。 室 内试 验往 往 由于土样 扰 动 的原 因 ，较 难 准确 测出土体的 们 和 ， 两个应力值 ， 此时可考虑通过 现场剪 切波速 的测 试来 大致判定 地基 土 的 仃 和 。 ， 当然 ，这 个 结 论 还 需要 通过 更 多 的结构 性 软 黏 土压 缩试 验来 加 以验 证 。 软黏土在不 同固结应 力状态下 的循 环 变形 原状样 第 卷 第 期 陈云敏等 力水平对结构性软黏土静力币 动力变形特 性影响的 试验研 究 戍 环振次定义为破坏振次 。 循环荷载越大 ， 破坏振 次越 少，则 该转折 点出现得越 早 。 （ ， ） （ 以及 等（ 在对 黏土进 行 ） 软

4、黏 土在不 同固结应 力 下 的。 系式 如 卜 一 关 ： 一 的不排水循环荷载试验中部观察到这种现象，土体 破坏前的轴向应变均较小且没有明显的先兆，呈现 突然破坏特征。 应变 曲线上转折点的出现标志着 体结构开始 十 出现 严重破 坏 ，土 体变 形将 急剧 增大 ，此 时土体 抗 其巾， （： ， ） （ ） （ ： ） （ ） 垡 一 【 剪强度已显著降低，所 以宜 以该点的应变值作为士 体破坏 的取 值标 准 。 一 从图 中也可以看出，不同动应力幅值作用下 的 并不是定值 ， 而是随着动应力幅值而变化， 但 这些转折 点基本落在一条直线上，如图 中虚线所 示。工程中常采用循环振次的

5、多少来评价动荷载的 大小， 如评价地震荷载作用时的等效振次等。 因此 ， 可 通 过 一 来 反 映 循 环 荷 载 幅 值 与 破 坏 应 变 之 。 塑样 图 为 重塑 软黏 土轴 向动 应 变 一循环 振 次关 系 曲线。从图 中町以看出，重塑样在不同动应力幅 值下其轴向动应变 一 循环振次关系线变化舰律 与 原状样类似，其应变转折点对应的戍变 与破坏振 次 之问的关系也可 以用式（） 拟合 ，重塑样在 组 固结应 力 下的拟 合 参数 ， 值 见表 。 间的关系。 和 可用下列线性公式拟合： 。 （） 式中： 为拟合参数。 ， 原状 样在 组 固结应 力 下 的拟 合 参数 ， 值 见

6、表 。 表 原状样在 组 结应力下 的拟合参数 ，日值 次） （ （ ） ， ， 从表 中可以看出，原状样的拟合参数变化可 分为 个阶段：当 时， 值均较为 ， ） ） （ 接 近 ， 可用 一 平 均 值 表 示 ， 即 一 ， （ ） 次 （ ）仉 ， ， ；当 时， 值也较接近 ，同 ， 样可用 一平 均值 表 示 ， 即 一 ， 。 对于 的情 况 ，值 叮近似 按 陶 重塑软黏士轴 向动应变 一循 振次关 系曲线 线性插值来取 ，误差小 。此 ，萧 山原状 大 岩石 力学 与工程学报 笠 表重 样 组 结 力 的 合 数 塑 在 固 应 下 拟 参 ， 值 结 论 本文对萧 山原状样

7、和重塑样进行测量剪切波速 的压缩试验及循环三轴试验，试验结果表明： （ ）原状软黏土力学特性随应力水平发展可大 致分为 个阶段 ，该 个阶段 以先期固结应力 和结构屈服应力 为分界点。 （ ）原状软黏土的孔 隙比 一 剪切波速 曲线也可 从表 中可 以看 出，除 了当固结应 力很小 （ 分为 个阶段 ，与 曲线具有 良 的对应关 好 系。工程实际中可考虑通过现场剪切波速测试来判 定 和 。 ） ， 值有些不 同外， 时， 其他 种较大 固结 应力下 值则基本保持为一个常量，也可用 一 ， 平均 值表 示 ，即 ， 。 （）重塑软黏土 由于不存在结构性 ，其变形特 性与应力水平基本无关，不具有阶

8、段性，剪切波速 测试 也 反映 出这 一特 点 。 应力水平对原状样和塑样变形规律 的影响 由以上的分析可知，应力水平变化对原状和重 塑软 黏土破 坏应 变取 值 的影 响 并不 一样 。 对 于原状 样 ，在 ， 。 和 、 的破 坏 时 ， （）循环荷载作用下，原状和重塑软黏 土的应 变发展过程中都存在着一个突然增大的转折点，在 转折点之前土体应变发展速率较慢 ，转折点之后土 体应变开始急剧增大。同一固结应力下，不 同幅值 动荷载产生的转折点应变 与破坏振次 呈线性 关系 。 应变取值与固结应力大小基本无关；而当 ，原状样的 一 关系 曲线为一组变化的 时 直线簇。 对 于重塑样， 一 关

9、系线形态与原状样类 似 ，但应力水平变化对其破坏应变取值影响很小。 当固结应力稍大时， 可用 一条 直线 表示 。 （）原状软黏土 的 关系线随应 力水平 关系线基本保持不变， ， 的变 化 发展 分为 个 阶段 ，而 重 塑样 的。 关 一 在循环荷载作用下，这两种样 的变形规律有两 点值得注意：（ ）原状样和重塑样 的变形随 固结应 力变化而形成的阶段性与压缩试验及剪切波速测试 结果有 良 的对应关系，表明剪切波速测试结果可 好 反映 出土体结构性变化过程；（）当原状十结构破 坏（时， ） 原状样和重塑样 的 一 。 关系线 基本重合 ，表明其变形规律趋 丁一致（ ： 见图 ） 。 系线基

10、本与应力水平无关，这与压缩试验结果具有 良好的对应关系 。 （）当原状软黏士结构破坏后，其变形特性趋 近 于 重 塑软 黏土 。 参考文献（ ） 】 ， ， ， ， （） ； 】 ， ， （ ） ： 】 ， ， ， （） ： 】 ， ， ， （ 次） ， ） ， （ 图 原状样和重塑样 的 关系 。 】 吴 世 明 ，王建 人 ， 曾国 熙软 土 同结 中波 速 与 结 度 的关 系及 其 程麻 用 岩 七工 程学 报 ， （） （ ， 】 ： 第 卷 第 期 陈 云敏等应力水平对结构性软黏土静力和动力变形特性影响 的试验研 究 ， ， （） ： （ ） ） ， ， ， 。 ， ） ： 】 ，

11、 ， ， ： ， ） ： ， ， ： 黄 博 ，殷 建华 ，陈 云敏 ，等 压 电陶 瓷弯 曲儿法 测 试 土样弹 性 剪切 模量 振 动 程学 报 。 ，（） ， ： （ 。 郭 锡荣 ， 小 牛以原位 剪 切波速 模 拟砂 土结 构性 的应 用 刘 水利 水 电技 术 ， 。 （） ， ： （ ， ： （ ） ， ） ） ： ） 。 。 （） （ ） ， 姬美秀，陈云敏，黄 博弯曲元试验高精度测试土样剪切波速 方 法 岩 土 学 报 。 。（） （ ， 程 ： ， ） ， ： ： （） （ ） ： ） 【 。 。 ， ： 一 ， ： （） ： 【 ， ： ， ， ） ： 郝 玉龙 。工 忠 。陈 云敏 等深 厚 软 水泥 搅 拌桩 复 合地 基沉 陷分 析 及控 制 土 学报 ， ， （） （ 岩 程 ： ， ， 。 饱 岩土 工 程学 报 ， 周 建 和 软黏 土 循环 变 形 的弹 塑性 研 究 （） ： （ ， ， （ ） ） ： ） （ 钟辉 虹 ，黄 茂松 ，炅 世 明 。等循环 荷 载作 用 下软 黏