粘性土应力路径试验

1、第27卷第5期2005年9月南京工业大学学报 JOURNAL OF NANJ I N G UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGYVol . 27No . 5Sep. 2005粘性土应力路径试验常银生, 王旭东, 宰金珉, 徐建龙 (南京工业大学土木工程学院, 江苏南京210009摘要:利用G DS 多功能三轴仪, 对南京河西地区原状粘性土进行了常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p 应力路径的固结不排水三轴试验, 探讨不同应力路径下粘性土的变形和强度特性。实验表明:不同应力路径下土的应力应变关系都呈曲线形态相似的非线性应变硬化型, 而土的峰值强度和土中孔隙水压力差异明显; 验得到的

2、有效应力路径形态一致, 常规三轴压缩试验中有效应力路径呈S 。关键词:粘性土; 固结不排水三轴试验; 应力路径中图分类号:T U411文献标识码:A -( 05-, 的应力状态, 1, 方向有关, La 提出的应力路径方法为研究在不同加载条件下土的强度和变形特性提供了一个合理方法。基坑开挖卸荷引起坑周土中应力场的变化, 因所处位置不同, 土体经受的应力路径也不尽相同, 国3, 4内外学者对基坑开挖中的应力路径和不同应力578, 9路径下土的变形、强度等特性进行了现场监测和室内应力路径三轴试验研究。研究表明不同的应力路径下土的性质存在明显差异, 常规三轴压缩试验结果用于基坑工程分析时, 导致计算

3、结果与实际情况差距较大。已有的研究成果由于受试验设备的控制和数据采集等功能的限制, 难以全面反映试验过程和试验结果, 存在一定的局限性, 因此有必要对不同应力路径下土的强度和变形等特性进行详细的深入研究。10, 本文选取常规三轴压缩应力路径(3=0 、等平均应力p 应力路径(p =0 及基坑1=开挖主动区典型的减压三轴压缩应力路径(30 , 利用G DS 多功能三轴仪对饱和原状粘0, 性土进行固结不排水应力路径三轴试验, 全面探讨在不同应力路径下土的变形、强度和孔隙水压力等特性, 并通过对比分析总结规律。1试验研究111应力路径针对天然土层在其沉积历史过程中形成的各向、强度及孔隙水压力的影响。

4、试验设计的应力路径如图1所1 为110示, 固结过程分别采用应力比(K =3/的等向固结和应力比为017的非等向固结两种应力路径(OA 、OD ; 剪切过程分别采用常规三轴压缩应力路径(AB 、DE 、等p 应力路径(AG 与减压三轴压缩应力路径(AC 、DF 。试验方案详见表1。图1p q 空间应力路径Fig . 1Stress path on p q s pace收稿日期:2005-03-30基金项目:国家自然科学基金(No . 50278024 ; 江苏省高校自然科学研究计划(03KJB560044 作者简介:常银生(1979- , 男, 江苏东台人, 硕士生, 主要研究方向为土与结构共

5、同作用;王旭东(联系人 , 教授, Email:ce wxdnjut edu . cn 。第5期常银生等:粘性土应力路径试验7112试验设备试验仪器采用英国G DS 多功能三轴仪, 主要由压力室、加压系统和量测与采集系统3部分组成(如图2所示 。压力室为3911mm B ishop &Wesley 应力路径室, 最大轴力5kN , 最大围压1700kPa; 加压系统包括3MPa 压力和200mL 体积控制器3套, 分别用以提供围压、轴力和反压; 量测系统包括内置水下荷重传感器、孔压传感器和线性位移传感器等各类传感器, 数据采集系统包括数据采集板和转换器。表1试验方案Table 1Experi

6、m ent p lan固结过程(排水试样编号10515020011015020070剪切过程(不排水应力路径控制方式围压3/kPa105150150 20070105140150应力路径1K =3/1101007110110017017017110C UCTC 110C UCTC 110C UCTC00105mm /min017110CRRTC 110C URTC 017C URTC 017C URTC 017C UTC 11015014010530 足以使土维持一定的刚度和强度, 除CURTC 017试样外, 其余试样已达到或接近破坏, 由CURTC 110和CURTC 017的试验结果可知

7、, 等向 固结试样的峰值强度要略大于非等向固结试样的强20014070验得到的a 要明显大于减压三轴压缩试验得到的相同固结围压下, 土的常规三轴压缩试验峰值a 。强度大于减压三轴压缩试验峰值强度。试验中孔隙水压力反应明显不同, 孔隙水压力在常规三轴压缩试验中表现为正孔压, 而减压三轴压缩试验中表现为负孔压, 反映了试样在剪切过程中分别呈现剪缩和剪涨特性 。图7有效应力路径Fig . 7Effective stress path图9有效应力路径Fig . 9Effective stress path度, 此外, 无论是等向固结还是非等向固结试样, 其峰值强度都随固结围压的增加而提高, 上述现象,

8、 反映了土的压硬性对土的刚度和峰值强度的影响。CURT C 017试样与其余两个非等向固结试样相70图10和图11给出了等向、非等向固结下常规三轴压缩和减压三轴压缩试验结果的对比, 在常规三轴压缩试验中, 等向固结试样的峰值强度和孔隙水压力均大于非等向固结试样的结果, 等向、非等向固结试样的有效应力路径形态相似。在减压三轴压比, 其轴向应变、孔压和强度等规律有明显的差异。 10南京工业大学学报第27卷 图10q a 及u a 曲线a curves Fig . 10q a and u 图12q a 及u a u a Fig . 12q 图11有效应力路径Fig . 11Effective str

9、ess path图13有效应力路径Fig . 13Effective stress path缩试验中, 等向固结试样的孔隙水压力(绝对值 大200于非等向固结试样的结果, 由图7中CURTC 110和CURTC 110的试验结果可知, 等向固结试样的峰值强140度略大于非等向固结试样的峰值强度, 但两者的有效应力路径形态具有相似性。由图12和图13给出的等向固结下常规三轴压缩试验、等p 试验和减压三轴压缩试验结果对比分析可知, q a 曲线形态相似, 等p 试验得到的峰值强度和孔隙水压力介于常规三轴压缩试验和减压三轴压缩试验之间, 等p 试验产生正孔隙水压力。3种试验的有效应力路径形态逐渐变化

10、, 常规三轴压缩试验中试验初期p 略有增加的现象在等p 试验和减压三轴压缩试验中消失, 试验后期p 增加的现象减弱。连接各试验有效应力路径上的峰值, 得到一通过原点的直线, 其斜率M c 为1161, 如图14所示。试验结果表明, 不同应力路径下, 土的变形、强度和孔隙水压力等特性的差异, 对于实际工程问题, 应根据具体的受荷条件, 针对性地开展相关的应力路径试验, 获取合理的变形和强度参数 。图14p q 坐标中破坏点Fig . 14Failure points in p q s pace3结论(1 在不同应力路径下q a 非线性关系明显,曲线呈应变硬化型。(2 不同应力路径得到的土的峰值强

11、度不同, 其规律为按常规三轴压缩试验、等p 试验、减压三轴压缩试验依次递减, 在试验结束时, 除个别减压三轴 5期 第 常银生等 : 粘性土应力路径试验 11 压缩试验外 ,其余试样基本已达到破坏 。 ( 3 常规三轴压缩试验和等 p 试验中观察到正 孔压 ,表明剪切过程中土呈现剪缩特性 ; 减压三轴压 缩试验观察到负孔压 , 呈现剪胀特性 , 孔压 (绝对 值 均随固结围压的增高而提高 。 ( 4 相同应力路径试验得到的有效应力路径具 有明显相似性 。常规三轴压缩试验中有效应力路径 呈 S形的特征 ,但在等 p 试验和减压三轴压缩试验 中 ,其现象得到减弱或消失 。 参考文献 : 1 Lam

12、ber TW. Stress path method J . Journal of the SoilMechanics and Foundations D ivision, ASCE, 1967, 93 ( S M6 : 309 - 331. 2 Lamber T W , MarrW A. Stress path method A . Second Edu2 cation Journal of the Geotechnical Engineering D ivision. ASCE, 1979, 105 ( GT6 : 727 - 738. 3 Charles W W. Ng, stress

13、paths in relation to deep excavation J . ing, 1999, 125 ( 5 : 357 - 363. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineer2 4 ,龚晓南 . 基坑开挖过程中软土性状若干问题的分析 袁 静 J . 浙江大学学报 (工学版 , 2001, 35 ( 5 : 465 - 470. 5 曾国熙 ,潘秋元 ,胡一峰 . 软粘土地基基坑开挖状的研究 J . 岩土工程学报 , 1998, 10 ( 3 : 13 - 22. 土力学 , 2003, 24 ( 1 : 17 - 2

14、0. 18 ( 6 : 18 - 23. 6 何世秀 ,韩高升 . 基坑开挖卸荷土体变形的试验研究 J . 岩 7 刘国彬 ,侯学渊 . 软土的卸荷模量 J . 岩土工程学报 , 1996, 8 英 . 土体卸载与加载的差异性 J . 佳木斯大学学报 , 王 2001, 19 ( 1 : 81 - 83. 9 程玉梅 . 卸载粘性土体膨胀程度与抗剪强度的关系 J . 青岛 建筑工程学院学报 , 2001, 22 ( 3 : 15 - 17. 建筑工业出版社 , 2004. 10 陈惠发 ,萨里普 A F. 混凝土和土的本构关系 M . 北京 : 中国 Stress pa th tests of

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