不同应力路径下饱和粘性土CU试验研究

第3卷　第6期 地下空间与工程学报Vol.3 2007年12月 Chinese Journal of Undergr ound Space and Engineering Dec.2007　不同固结压力下饱和软粘土孔隙分布试验研究3孔令荣1,2,黄宏伟1,张冬梅1,P.-Y.H icher2(1.同济大学地下建筑与工程系,上海200092;2.Research I nstitutein Civil and Mechanical Engineering,Ecole Centrale de Nantes,France)摘　要:土体的微结构对土的工程力学特性具有决定性影响,运用压汞试验方法对上海淤泥质粘土单轴固结过程中的不同固结压力水平下的土样进行试验,采用孔隙种类、孔隙大小两种不同的标准对上海淤泥质粘土的孔隙分布特点及孔隙的大小进行研究。

研究结果表明:上海淤泥质粘土孔隙以小孔隙为主,即多以团粒内在的孔隙和颗粒间的孔隙为主,孔隙半径多分布在0.2μm-1.2μm之间。

随着固结压力增大,当固结压力分别为132kPa,264kPa时,土体中孔隙分布仍以小孔隙为主,但小孔隙和微孔隙分布的比例有一定的变化;当固结压力增大到800kPa时,土中孔隙以微孔隙和超微孔隙为主,试样中团粒间的孔隙几乎消失,颗粒间的孔隙占有完全的主导地位。

关键词:固结试验、压汞试验(M I P)、孔隙分布、粘土中图分类号:O319.56 文献标识码:Α文章编号:167320836(2007)0621036205Exper im en t Study on Rel a ti on sh i p Between Pore D istr i buti onand D i fferen t Stress L evels due to Con soli da ti on of Soft C l aysL.R.Kong1,2,H.W.HUANG1,D.M.Z HANG1,P.-Y.H icher2(1.Geotechnical D epart m ent of Tongji U niversity,Shanghai200092;2Research Institute in C ivil and M echanical Engineering,Ecole Centrale de N antes,France) Abstract:The s oil m icr ostructure has a significant influence on s oil mechanical behavi or.I n this paper,the mercury intrusi on testswere e mp l oyed on Shanghaimucky clay t o investigate the relati onshi p bet w een pore distributi on of mercury test and stress level due t o cons olidati on.The results show that the pore size distributi on is dom inant for s mall pore size,which is dom inant f or interaggregati on pore and inter particle pore,with the main size distributi on var2 ying fr om0.2μm t o1.2μm.with the increased vertical stress,when the vertical stress is132kPa,264kPa res pec2 tively,the pore size distributi on is still dom inant for s mall pore size,but s ome changes happen t o p r oporti on bet w een s mall pore and m icr o-pore;when the vertical stress reaches800kPa,the pore size distributi on is dom inant f or m icr o -pore and s maller m icr o-pore,the interaggregati on pore al m ost disappeared,the inter particle pore is comp letely dom inant instead of interaggregati on.Keywords:cons olidati on;mercury intrusi on test(M I P);pore distributi on;clay1　引言土的结构形式指土体颗粒和孔隙的性状、排列方式及颗粒之间的相互作用,土都具有一定的结构性,土的结构性研究越来越受到更多的关注[1]。

不同应力路径下饱和黄土应力应变及孔压特性分析郅彬;王番;胡梦玲;吴长炎;任兴【摘要】通过GDS多应力路径试验仪,对饱和重塑黄土开展不同应力路径下的固结不排水试验.分析和探讨了常规三轴压缩、增p、减p和等p应力路径下饱和黄土的应力与应变关系和孔压特性变化规律.试验结果表明,不同固结方式所得到的应力峰值和稳定的孔隙压力明显不同.在等压固结方式下,减p等p和增p路径所对应的应力峰值和稳定孔隙压力值依次增大;且减p、等p和增p三种路径下的应力峰值和稳定时的孔隙压力值均随初始固结应力增大;在偏压固结方式下,减p、等p和增p路径所对应的应力峰值依次减小,减p增p路径所对应的稳定孔隙压力值大于等p路径,减p路径下的稳定孔隙压力值最大.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)022【总页数】5页(P244-248)【关键词】黄土;应力路径;三轴试验;孔压;应力应变关系【作者】郅彬;王番;胡梦玲;吴长炎;任兴【作者单位】西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054【正文语种】中文【中图分类】TU411.3众所周知，在对基坑、边坡等相关岩土工程问题进行研究时,会因为技术、经济等要求需要采用常规三轴试验来进行土的力学性质研究。

土体的性质不仅取决于当前的应力状态；而且与土体中的实际加载方式、加载次序等有关，也就是与应力路径密切相关。

因此，土的应力路径的研究引起了许多学者的重视。

在试验研究方面，曾玲玲等[1]对软土在不同应力路径下的力学特性进行了分析；殷杰等[2]进行了天然沉积粉质黏土的应力路径试验研究；胡海军等[3]研究应力路径试验前后黄土孔隙形状的改变；翁鑫荣[4]通过原状软土样的等向固结和K0固结不排水三轴试验；分析讨论了软土的剪切强度、孔压以及有效应力路径特性；李校兵等[5]利用GDS 三轴仪对原状温州饱和软黏土进行5种应力路径下的K0固结三轴不排水试验，分析不同应力路径下土体的应力-应变关系、孔压发展及有效应力路径；谷川等[6]通过联合使用LVDT(局部应变传感器)的三轴设备，系统地研究了应力路径对饱和软黏土割线模量尤其是小应变情况下割线模量的影响。

饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨邓洪亮　浮海梅α摘　要　主要根据饱和土的有效应力原理及应力历史,探讨饱和粘性土的抗剪强度及应力路径,讨论了不同边界条件下饱和粘性土的抗剪强度及相互关系,给出了不同的应力路径,指出了不同边界条件具不同的应力状态,应力状态不同具有不同的应力路径,土体变形和强度与应力有关,与应力历史有关.关键词　抗剪强度,应力路径,应力,应变,饱和粘性土分类号　TU 432.3一般认为当土体中孔隙体积的80◊以上为水充填时,土体中虽有少量气体存大,但大都是封闭气体,可视为饱和土,当土体为粘性土时,即为饱和粘性土,饱和粘性土和其它土体一样在外荷载作用下将产生剪应力和剪切应变,土具有抵抗这种剪切应力的能力,并随剪应力的增加而增加,当这种剪阻力达到某一极限值时,土体就要发生剪切破坏,这个极限值就是饱和粘性土的抗剪强度,粘性土的强度性状是很复杂的,它不仅随剪切条件不同而异,而且还受许多因素(如各向异性、应力历史、蠕变等)的影响,不同的边界条件可得出不同的抗剪强度.由于土体的变形和强度不仅与受力大小有关,更重要的还与土的应力历史有关,在加荷过程中的土体内某点其应力状态的变化在坐标中以应力点的移动轨迹为应力路径可以模拟土体实际应力历史,全面地研究应力变化过程对土的力学性质的影响,用于探讨土的应力——应变和强度.1　饱和土的有效应力原理K 太沙基(T erzagh i )观察到土的变形及强度性质与有效应力密切相关,且应力只有通过粒间接触点传递,才能引起土体变形和强度,而孔隙水压力对颗粒的压缩变形可以忽略,因此,提出有效应力原理,饱和粘性土土体内任意点的总应力Ρ包括通过土粒接触点传递的粒间应力(也称有效应力Ρ′)和通过土体中孔隙传递的孔隙压力,孔隙压力又包括孔隙中的水压应力和气压应力,水压应力由孔隙水传递又称孔隙水压力(u ),即饱和粘性土体中任意点总应力Ρ=有效应力Ρ′+孔隙水压力u +气压应力u ′,而饱和粘性土封闭气体比例甚少,通常假定u ′=0,即Ρ=Ρ′+u .2　饱和粘性土的应力历史第12卷第4期1997年12月 洛阳大学学报JOU RNAL O F LUO YAN G UN I V ER S IT Y V o l 112N o.4D ec .1997α作者单位:洛阳大学土木工程系,471000,河南省洛阳市收稿日期:1997—01—30饱和粘性土在压力作用下,孔隙水(主要指自由水)将随时间推移而逐渐被排出,同时孔隙体积随之减少,这个过程即饱和粘性土的渗透固结,天然土层在历史上所经受过的最大固结压力称先期固结压力(P c )、按它与现有自重应力P 1的比O CR (O CR =P c P 1)可将土分为正常固结土、超固结土和欠固结土,固结强度不同的土,具有不同的抗剪强度.3　饱和粘性土的抗剪强度为了探讨饱和粘性土应力——应变和强度之间的关系,以三轴试验不固结不排水抗剪强度,固结不排水抗剪强度,固结排水抗剪强度来进行应力变化过程分析.311　不固结不排水抗剪强度一组饱和粘性土试件,已在某一周围压力下固结至稳定,试件中的初始孔隙水压力u 1为0,Ρ3和轴向压力Ρ1至剪切破坏,结果如图1所示,图中三个实线半圆A 、B 、C 分别表示三个试件在不同的Ρ3作用下破环时的总应图1图2力圆,虚线表示有效应力圆,虽然三个试件Ρ3不同,但破坏时的大小主应力差相等,在Σ2Ρ图上表示现为三个总应力圆直径相等,破坏包线是一条直线且Υu =0,Σf =C U =12(Ρ1-Ρ3),且三个试件拥有一个有效应力圆,有效应力圆直径12(Ρ1′-Ρ3′)=12(Ρ1—Ρ3).这说明在不排水条件下,试样在试验过程中含水量不变,体积不变,饱和粘性土的孔隙压力系数B =1,改变周围压力增量只能引起孔隙水压力变化,并不改变试样中的有效应力,各试样在剪切时有效应力相等,因此抗剪强度Σf 不变,如果在较高的剪切固结压力下进行不固结不排水试验,就会有较大的不排水抗剪强度(C u ),即C u 与先期固结压力有关,P c =0,C u =0;P c =∞,C u =∞(如图2所示).54邓洪亮等:饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨图3图4312　固结不排水抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度在一定程度上与所受应力历史有关,对正常固结试样P 1=P c ,若施加围压Ρ3≥P 1=Ρc ,试样在Ρ3作用下充分排水固结,即∃u 3=0;在不排水条件下施加偏应力剪切时,则试样中的孔隙水压力随偏应力的增加而不断变化,u f =∃u =∃Ρ3+A (∃Ρ1-∃Ρ3)>0,大小主应力差Ρ1-Ρ3增加,土的轴向应变增加,孔隙水压力增加(如图3示).因此剪切时土体体积呈减少趋势,即产生剪缩,绘出Σ2Ρ关系曲线可知有效应力圆与总应力圆直径相等,但位置不同,两者之间的距离为u f ,有效应力圆在总应力圆的左边,总应力圆包线和有效应力包线都通过原点(如图4示),说明未受任何固结的土(如泥浆状土)不具有抗剪强度,有效应力强度Σf ′=总应力强度Σf ,有效内摩擦角Υ′大于总内摩擦角Υcu ,Υ′≈2Υcu ,Υcu =10-20°.对超固结试样即P 1<P c ,若施加围压Ρ3<Ρc =P 1,试样在Ρ3作用下排水固结则∃u 3<0,在不排水条件下施加偏应力剪切时,孔隙水压力u f ′=∃u =∃Ρ3+A (∃Ρ1-∃Ρ3)<0,剪切时试样体积有增加的趋势(如图3示);当Ρ3=∃Ρ3≥P c 时又转为正常固结土情况u f >0,绘出Σ2Ρ关系曲线(如图5示),超固结试样的不排水总应力圆破坏包线是一条略平缓的曲线,近似用直线a b 代替,与正常固结总应力圆破坏包线b c 相交,b c 的延长线仍通过坐标原点,实用上将a b c 折线取为一条直线a ′b ′c ′,有效应力圆与总应力圆直径相等,有效应力圆位于总应圆右边,两者间的距离为 u f ′ ,其总应力圆强度包线a ′b ′c ′在纵轴上截距即为粘聚力C cu ,内摩擦角为Υcu ,有效应力圆包线在纵轴上截距即为有效粘聚力c ′有效内摩擦角为Υ′,有效应力强度Σf ′=c ′+Ρ′tg Υ′,c ′<C cu ,Υ′>Υcu .64洛阳大学学报图5313　固结排水抗剪强度图6 固结排水试验的过程中孔隙水压力u =0,总应力最后全部转化为有效应力,所以总图7应力圆就是有效应力圆,总应力圆包线就是有效应力圆包线,图6为固结排水试验的应力——应变关系和体积变化,在剪切过程中,正常固结粘土发生剪缩,而超固结粘性土则是先压缩继而呈现剪胀的特性,图7试验结果表明,正常固结土的破坏包线通过原点,粘聚力C d =0,内摩擦角ΥΑ=20-40°,超固结土的破坏包线略弯曲,实用上近似取一条直线代替,C Α′≈5-25KPa ,Υd ′≤Υd .4　饱和粘性土的应力路径 对饱和粘性土三轴试验应力路径常取应力圆的顶点(f 74邓洪亮等:饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨程顺序把这些点连接起来,并以箭头指明应力状态的发展方向,其横坐标为p =12(Ρ1+图8Ρ3),纵坐标为q =12(Ρ1-Ρ3).现就饱和粘性土不同边界条件下三轴压缩试验结果分析如下.图8表示饱和粘性土不固结不排水试验的应力路径,说明随着大小主应力差的增加,总应力路径B CD 为一水平直线,有效应力路径为A 点,抗剪强度包线为一直线,Σf大小相等,总应力圆距有效应力圆的距离等于静水压力u f i ,Ρ1-Ρ3的改变并不改变Ρ1′和图9Ρ3′,不影响C ′和Υ′,固结度不变.图9表示正常固结饱和粘性土固结不排水试验的应力路径,A B 线,A B ′之间的距离表示剪切过程中孔隙水压力u ,从A 点开始至B ′点剪切破坏,u f ′,表示剪切破坏时的孔隙水压力,总应力圆包线K f 线和有效应力圆包线K f ′线为一通过坐标原点的斜线,其斜率代表内摩擦角,说明土体中总应力Ρ=Ρ′+u ,土体内部随应力增加而逐渐固结,Ρ越大,固结度越高.图10 图10表示超固结饱和粘性土固结不排水试验应力路径CD 和CD ′之间的距离表示剪切过程中孔隙水压力u ,u f ′为负值,表示剪切破坏时孔隙水压力为负值,CD 线未端趋于水平(或发生转折)该点即为试件破坏点.说明土体在一定压力下,体积产生剪胀尔后转为正常固结(剪缩),即固结度先减小后增加.图11表示饱和粘性土固结排水试验应力路径,总应力路径和有效应力路径一致,说明剪切过程中u =0,Ρ=Ρ′,Ρ越大,固结度越高.84洛阳大学学报图115　结论(1)土的抗剪强度随试验的边界条件不同而不同,因此可根据不同的工程问题,施工速度等选择不同的试验方法.(2)不同的试验方法土体内部的应力状态不同,应力路径不同.(3)应力路径可较好的模拟土的应力历史,反映土体内应力变化与土的应力历史关系.参考文献1　华南理工学院等四院合编.地基与基础.北京:中国建筑工业出版社,19802　丁金粟等编.土力学及基础工程.北京:地震出版社,19923　周汉荣主编.土力学地基与基础.武汉:武汉工业大学出版社,19934　陈仲颐、叶书麟主编1基础工程学.北京:中国建筑工业出版社,19905　工程地质手册编委.工程地质手册.北京:中国建筑工业出版社,1992On Shear i ng Strength and Stress Pa th of Sa tura tion ClayD eng Hongliang Fu H ai m ei(D ep artm en t of C ivil Engineering )AB STRA CT A cco rding to the effective stress p rinci p le and stress h isto ry ,the shearing strength and stress p ath of satu rati on clay are studied .U nder differen t bound 2ary conditi on ,the shearing strength and its relati on of satu rati on clay are given .D ifferen t stress p ath po ssesses differen t stress state is po in ted ou t .KEY W O RD S shearing strength ,srtess p ath ,stress ,strain ,satu rati on clay 94邓洪亮等:饱和粘性土的抗剪强度及应力路径探讨。

150科技研究城市道桥与防洪2020年10月第10期D01:10.16799/ki.csdqyfh.2020.10.042不同应力路径下黏性土的力学特性研究丁国洪（上海市政工程设计研究总院”•有限公司，上海市200092）摘要：对上海地区⑤$层软黏土进行了常规三轴、减压三轴试验，以研究考虑不同应力路径的力学特性。

分析了初始固结状态对软黏土应力路径的影响，比较了不同应力路径下土体的应力-应变关系特征和孔隙水压力变化规律，计算了土体抗剪强度指标。

研究结果表明，应力路径对土的峰值强度、孔压、有效应力路径等特性影响很大，软粘土的应力-应变关系具明显的非线性，且基本呈应变硬化常规三轴试验孔隙水压力值，减压三轴试验中总体值；初始固结状态对黏土的抗剪强度有的影响，且影响对黏聚力值上，对角值影响较小。

关键词：三轴固结不排水试验；应力路径;!o固结;力学特性中图分类号：TU45文献标志码：A文章编号：1009-7716（2020）10-0150-040引言Lambe[1]1967年提出了应力路径，在土性分析考虑应力路径的影响。

期的研究对黏性土（Lade和Duncan）[2-3],果明土的应力-应变状态与应力路径有关。

国等[4]的研究指，软黏土的应力-应变关系不具有非线性特点，常固结和黏土的应力-应变线以线，而且应力路径的影响。

基，土体应力下，不同的应力路径不同，其力学行不同的。

对下软土特性的研究，玲等[5-6]固结不排水剪试验考虑不同应力路径对软土不同固结下的力学特性进行了研究。

CHARLES[7]对基的应力路径进行分析，国彬冈研究了上海软土的。

上研究果不同角度了应力路径对黏性土力学特性的影响，软黏土具有明显的特，对具有明显区性特的土体，应力路径对软黏土特性的影响有很k 上海，有表性海的黏性土进行研究，应变制式三轴仪和GDS应力路径三轴仪考虑不同固结和应力路径进行三轴固结不排水剪试验，了固结状态和应力路径对软土的应力一应变特性%孔压特性和强度特性的影响，以期试验果的积累，应供基础依据。

应力路径、应力历史对土体变形与土体强度的主要影响规律下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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复杂应力路径下饱和软粘土静动力特性试验研究我国东南沿海地区广泛分布着深厚饱和软粘土,软粘土地基上已建和在建大量高速公路、铁路、机场跑道等重大工程。

路堤静荷载和交通动荷载长期循环往复作用引起地基土应变累积、强度降低,导致重大工程过大变形和失稳等灾变,造成巨大经济损失,甚至威胁生命安全。

因此,高速交通重大工程长期服役性能亟需提升,迫切需要发展有效的软粘土地基灾变控制技术。

开展复杂应力路径的饱和软粘土静动力特性研究,则是解决这一问题的关键所在。

本研究采用薄壁切土法获得了高质量的温州原状软粘土试样,通过GDS动三轴仪和空心圆柱系统对其开展了一系列复杂应力路径下的动静力特性试验研究,主要完成了以下工作：1.针对路堤静荷载下天然软粘土地基真实应力状态,开展各向同性固结试样的不排水剪切试验及Ko固结试样的应力路径三轴试验和不同大主应力方向角下的剪切试验研究了原状饱和软粘土的结构性、应力路径依赖性及各向异性。

研究了结构性的存在对软粘土试样剪切强度、应力-应变关系及有效应力路径发展的影响；建立了p-q平面上不同应力路径下K0固结软粘土试样的孔压计算公式,验证了正常固结粘土p-q-e的唯一性关系；分析了不同大主应力方向角下K0固结软粘土试样的应力-应变关系和孔压发展规律,得到了τZθ-(σZ-σθ)/2平面上破坏强度包络线,揭示了大主应力增量和大主应变增量之间的不共轴现象。

2.针对交通荷载作用的长期性特征,开展了不同围压和不同循环应力比下次数达50000次的单向激振三轴试验。

研究了饱和软粘土在长期循环加载下的孔压发展、应力-应变滞回曲线演化、模量软化及应变累积特性。

基于有效路径峰值点到临界状态线(CSL)的距离与轴向总应变的关系建立了长期循环荷载作用下孔压-应变模型；建立了长期循环荷载作用下饱和软粘土试样回弹模量经验方程,为数值分析中模量的选取提供了指导；建立了长期循环荷载作用下累积应变经验方程,给出了方程中两个参数εp,1000和λ的物理意义和确定方法,进一步通过对不同循环应力比下的方程参数进行回归分析,得到了饱和软粘土的长期累积应变预测模型。