本文選題：紅土 + 應力路徑�。� 參考：《中國礦業(yè)大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著超高層建筑、地鐵、土壩等大型工程的發(fā)展和建設,深基坑早已成為巖土工程領域的重要課題。場地內土體的含水率、應力狀態(tài)、固結度、應力路徑等因素在不斷發(fā)生著變化,導致土體變形后強度降低,表現(xiàn)為不同的變形和強度特征。本文結合工程施工過程中的實際特點,利用SLB-1應力應變控制式三軸剪切滲透儀對不同狀態(tài)下的南昌紅土進行了應力路徑試驗研究,通過PFC3D離散元顆粒流程序模擬了不同應力路徑下土體的破壞過程,歸納了不同應力路徑下南昌紅土的變形和強度特征。本文研究所選用的紅土屬于南昌北部地區(qū)的表層粘土,對其進行了基本物理指標測試試驗,結果表明該紅土為低塑限粉質粘土。通過濾紙法對南昌紅土進行了土-水特征試驗,研究了土體基質吸力隨著含水率、飽和度等因素的變化規(guī)律,通過Van Genuchten模型預測了南昌紅土的土-水特征曲線。利用SLB-1型應力應變控制式三軸剪切滲透儀,分別在3種應力路徑下(CTC、TC、RTC)進行了3個圍壓條件下的三軸剪切試驗。試驗結果表明:(1)對于原狀南昌紅土而言,在不同應力路徑下的應力應變關系差異明顯,CTC路徑下,主應力差隨著軸向應變的增加而增加,且當土體達到屈服強度后主應力差仍出現(xiàn)增加的趨勢,表現(xiàn)為應變硬化型;RTC路徑下,主應力差隨著軸向應變的增加迅速增加,而后出現(xiàn)明顯的應力峰值,土體達到屈服強度后主應力差開始減小,且土體加速破壞,表現(xiàn)為明顯的應變軟化型;TC路徑下,主應力差隨著軸向應變的增加先增加后趨于穩(wěn)定,表現(xiàn)為弱應變硬化型。(2)對于不同含水率的非飽和紅土而言,隨著含水率的增加,土體的峰值強度降低;同一種路徑下,主應力差與軸向應變之間存在著非線性的關系,主應力差隨著軸向應變的增加而增加,圍壓越大,土體破壞時的峰值強度越大;不同應力路徑下,應力應變關系表現(xiàn)出不同特性,其中CTC路徑下,主應力差隨著軸向應變的增加而增加,土體達到屈服強度后,主應力差仍呈現(xiàn)增加的趨勢,表現(xiàn)為應變硬化型,RTC路徑下,主應力差在土體達到屈服強度后出現(xiàn)下降的趨勢,表現(xiàn)為應變軟化型,TC路徑下,主應力差呈現(xiàn)出先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢,不同應力路徑下,土體在同一圍壓下主應力差為CTCTCRTC。(3)對于不同固結條件下的飽和紅土而言,其應力應變關系的變化規(guī)律與上文中提到的基本一致,需要說明的是,在未固結條件下,不同應力路徑下的應力應變均呈現(xiàn)出不同程度的應變硬化性,土體破壞后出現(xiàn)徑向的鼓脹變形現(xiàn)象。另外,在同一應力路徑下、同一圍壓狀態(tài)下的主應力差為等向固結非等向固結未固結,一般認為,實際工程中的土體處于非等向固結的狀態(tài),非等向固結條件下得到的土體應力強度參數(shù)更接近于工程情況。(4)對于不同固結條件下飽和紅土的孔隙水壓力隨著應變的變化表現(xiàn)出一定的規(guī)律性,另外,不同應力路徑下的孔隙水壓力系數(shù)A的變化規(guī)律差異明顯。其中,在CTC路徑下,孔隙水壓力隨著軸向應變的增加而增加,而后趨于穩(wěn)定狀態(tài),孔隙水壓力系數(shù)A呈現(xiàn)增加的趨勢;TC路徑下,孔隙水壓力隨著軸向應變的增加先呈現(xiàn)上升趨勢,當其達到峰值狀態(tài)后降低,孔隙水壓力系數(shù)A呈現(xiàn)先增加后逐漸降為零,而后其值為負且繼續(xù)減小的規(guī)律;RTC路徑下,孔隙水壓力隨著軸向應變的增加而呈下降趨勢,且孔隙水壓力值為負,土體表現(xiàn)為剪脹作用,孔隙水壓力系數(shù)A也一直為負,并且一直處于減小的狀態(tài)。(5)對于總應力路徑p-q曲線而言,原狀南昌紅土和不同狀態(tài)下的重塑土均表現(xiàn)出相同的特征,不同應力路徑下的p-q曲線形態(tài)差異明顯,且在同一應力路徑不同圍壓下的p-q曲線形態(tài)一致,曲線位置有別,表現(xiàn)為曲線在p軸的截距為圍壓的大小,說明圍壓大小僅影響p-q曲線的相對位置。(6)不同固結條件下飽和紅土的總應力路徑p-q曲線和有效應力路徑p′-q曲線之間存在一定的聯(lián)系,但相互之間也有明顯的差異。曲線在p軸、p′軸上的截距即為固結圍壓的值,圍壓的大小決定了曲線的相對位置。隨著主應力差的增加,有效應力與總應力之間的差值增加,且在CTC路徑下增加的幅度最明顯。(7)根據(jù)應力應變的數(shù)據(jù)繪制了土樣在不同含水率、不同應力路徑、不同固結條件下的應力摩爾圓,得出了其對應的總抗剪強度指標c、φ值以及飽和紅土的有效抗剪強度指標c′、φ',通過對比抗剪強度指標,發(fā)現(xiàn)粘聚力c值隨著土體含水率的增加而降低,CTC路徑中的粘聚力c值要明顯大于TC路徑,且RTC路徑中c值下降的幅度最明顯,內摩擦角φ值未呈現(xiàn)出規(guī)律性。(8)通過離散元顆粒流程序PFC3D模擬了南昌紅土在不同應力路徑下的破壞過程,得到了模型在3種應力路徑下破壞時的顆粒位移分布圖,發(fā)現(xiàn)在CTC應力路徑和TC路徑下,土體破壞后剪切面為一個單斜平面,RTC路徑下,其剪切面為兩個對稱相交的楔形平面,土體呈鼓脹現(xiàn)象,且數(shù)值模擬的結果與室內試驗中土體破壞的情況一致。另外,3種應力路徑下,模型上端顆粒的位移量要明顯大于下端顆粒,且上端顆粒移動方向基本是向下,下端顆粒則多向周圍移動。(9)從不同應力路徑下,土體在不同軸向應變時的顆粒位移分布矢量圖可以得出以下規(guī)律:軸向應變較小時,模型顆粒是呈均勻下移的變化規(guī)律,當軸向應變大于9%時,模型逐漸出現(xiàn)剪切結構面,當軸向應變達到15%時,剪切面完全形成,認為試樣在不同應力路徑下的剪切面是在土體達到應力峰值后形成的。另外,不同圍壓下模型的顆粒位移矢量圖差別不大,說明圍壓對顆粒位移影響不大。
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【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU446

【參考文獻】

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本文編號：1747366