干湿循环条件下干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响.pdfVIP

水 利 学 报 2017年2月 SHUILI XUEBAO 第48卷 第2期 文章编号：0559-9350（2017）02-0203-07 干湿循环条件下干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响 1，2 2 1 1 刘文化 ，杨 庆 ，孙秀丽 ，华 渊 （1. 江南大学 环境与土木工程学院，江苏 无锡 214122； 2. 大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024） 摘要：以大连地区典型粉质黏土为研究对象，对经历不同干燥应力历史的粉质黏土试样在饱和条件下进行了固结 不排水三轴剪切试验。通过对各组试样固结不排水剪切试验的应力-应变关系、孔隙水压力和有效应力路径等试 验结果的对比分析，探讨了干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响。固结不排水三轴剪切试验结果表明： 干湿循环过程中粉质黏土在饱和条件下的力学特性变化与历史干燥应力有关，历史干燥应力越大，土体在饱和条 件下的力学特性变化越明显。相同围压条件下，干湿循环试样的初始剪切刚度比未经历干湿循环的原始试样要 高，历史干燥应力越大，初始剪切刚度增长越明显。随着历史干燥应力的增加，干湿循环试样的应力-应变曲线 逐渐由应变硬化转变为应变软化，孔隙水压力的发展由先增加后减小转变为孔压持续增长，有效应力路径逐渐由 “S”型转变为向左下方发展。干湿循环过程引起了土体的不可逆体积压缩和微裂隙的发展，进而影响土体的饱和 力学特性。 关键词：干湿循环；干燥应力；抗剪强度；应力路径 中图分类号：TU411 文献标识码：A doi ：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 地球表面广泛分布的地表沉积土大多处于非饱和状态，且经常承受由水位升降和降雨-蒸发过程 引起的干湿循环的影响，土体的力学特性发生不可逆转的变化。这部分非饱和土与浅基础、边坡、 土坝和公路铁路路基等实际工程问题紧密相关。研究干湿循环条件下非饱和土的力学特性无论对设 计新的土工结构还是评价已有土工结构的安全稳定性都具有重要的现实意义。 近年来，国内外研究者对干湿循环条件下非饱和土的力学特性做了大量的研究。研究成果主要 集中在脱湿路径和吸湿路径下非饱和土抗剪强度的差异性方面。已有的研究表明干湿循环对非饱和 ［1-9］ 土的抗剪强度具有显著影响，相同吸力条件下脱湿路径和吸湿路径具有不同的强度 。文献［2， 6-7，9］指出，试样在干湿循环过程中经历了较高的先期吸力，相当于受过较大的先期固结压力，土 体表现出超固结特性，相同基质吸力条件下吸湿路径的抗剪强度高于脱湿路径；而文献［1，3-5，8］ 却得出了截然相反的结论，即认为干湿循环过程中的滞回效应使得脱湿路径的抗剪强度高于吸湿路 径。上述文献中试样所经历的最大吸力历史存在一定的差别，这可能是造成试验结果不一致的原因。 研究者在探索脱湿和吸湿路径下的力学特性时多采用轴平移技术或者蒸汽平衡法控制基质吸 力，通过增大-减小吸力的方式进行干湿循环试验。然而，这种方式过于平和，难以模拟实际干湿循 ［10］ 环过程中的蒸发速率，试样内部含水率分布均匀 。对自然界的土体而言，深层土体受大气影响较 小，其含水率相对稳定，干湿循环过程中浅层土体的含水率变化所引起的实际上是土体内部含水率 收稿日期：2016-08-26 基金项目：国家自然科学基金项目51609102)；大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室开放基金（LP1613） 作者简介：刘文化（1987-），男，江西吉安人，博士，讲师，主要从事非饱和土力学特性理论与试验研究。 E-mail：wenhualiu@ — 203 —