固结不排水条件下初始应力各向异性结构性土的力学特性.pdf

水 利 学 报 2015年4月 SHUILIXUEBA0 第46卷第4期 文章编号：0559—9350(2015)04—0460—11 固结不排水条件下初始应力各向异性结构性土的力学特性 陈亚军，罗开泰，刘恩龙，张树神 (四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，水利水电学院，四川成都610065) 摘要：天然土都具有结构性和各向异性，这使得天然土与重塑土的力学性质有很大区别，对其进行研究可为建筑 物的设计和施工提供理论依据。对人工制备的初始应力诱发各向异性结构性土样进行了4组不同围压下的固结不 排水三轴压缩试验，并建立了初始应力诱发各向异性结构性土的强度准则。结果表明：(1)结构性土在低围压下 结构性较为明显，但是在高围压下由于士的结构性被破坏而表现为接近于重塑土的性质。且初始应力诱发各向异 性结构性土的结构性强于初始均质结构性土的结构性；(2)初始应力诱发各向异性结构性土的强度包线呈现非线 性，且初始应力诱发各向异性结构性土的抗剪强度要略高于初始均质结构性土的抗剪强度。当应力水平低于结构 屈服应力时强度包线呈外凸的曲线，当应力水平较高且超过结构屈服应力时强度包线呈直线；(3)与试验结果的 对比表明，本文所建议的初始应力各向异性结构性土的强度准则具有良好的适用性。 关键词：各向异性；结构性土；固结不排水试验；强度准则 中图分类号：TU431 文献标志码：A doi：10．13243，j．cnki．slxb．2015．04．010 1研究背景 天然土在沉积过程中形成了结构性和各向异性¨。1，这使得其力学性质与重塑土的力学性质有很 大区别。自1925年Terzaghi最早提出土的微观结构的概念以来，前人针对土的结构性开展了许多研 行过一系列试验，并探讨了天然土的压缩特性、应力应变特性、强度特性以及渗透特性，发现土的 结构性会对其力学特性有较大影响。国内学者沈珠江凹‘1“、张诚厚n…、龚晓南n“、洪振舜¨51等也曾对 结构性土做过大量研究。沈珠江【9’12J曾基于损伤力学和破损力学理论针对土的结构性进行了理论研 究，并提出土的结构性模型。随后刘恩龙¨“”1等在二元介质模型的基础上研究了结构性土的力学特 性、强度特性以及破损规律。 强度理论主要研究材料在复杂应力下的破坏规律‘1…。开展岩土类材料强度理论的研究对于土工 建筑物的设计和施工具有重要意义旧…。前人所建立的强度准则大致可分为两类：(1)以Mohr—Coulomb 强度准则心41等为代表的经验强度准则；(2)以Griffith强度准则旧纠及其修正准则为代表的理论强度准 则。当前大量的强度准则是针对重塑土来建立的，而考虑土的结构性和各向异性的强度准则方面的 研究很不充分。我们¨副已基于二元介质模型概念，通过引入随应力状态变化的剪切抗力分担率参 数，建立了初始均质结构性土的强度准则。本文将进一步来建立考虑初始应力各向异性影响的结构 性土的强度准则。 收稿日期：2014—08—20；网络出版日期：2015-02—03 网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／11．1882．TV1534．002．html 基金项目：国家自然科学基金资助项目 ·--——460·--—— 万方数据 本文基于已有研究成果，对人工制备初始应力诱发各向异性结构性土样进行固结不排水三轴压 缩试验，在分析其力学特性的基础上，基于二元介质模型来建立一个初始应力诱发各向异性结构性 土的强度准则，最后与试验结果进行对比验证其合理性。 2三轴固结不排水试验方法及分析 2．1试验介绍本文试验的原料土为粉质黏土，取自成都市区某建筑工地，深度约5．0m。对所取土 样进行碾碎后烘干，并过0．5 mm的筛，制备成原料土。其中初始应力诱发各向异性结构性土和初始 均质结构性土的详细制备方法参照文献[26]。 将筛分过后的粉质黏土、高岭土、水泥和盐粒按照质量配比(粉质黏土65％，高岭土20％，水 泥5％，盐粒10％)充分混合均匀。取圣6．18c