粘土与砂土的剪切带破坏试验与变形特性分析

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岩土工程中的许多问题,如地基的滑动破坏、路堤和基坑的变形稳定性分析,可以近似的简化为平面应变问题。在平面应变条件下,它们的破坏一般属于应变局部化产生的渐进性破坏。平面应变试验在土体应变局部化的研究中占有重要的地位。  将数字图像测量技术应用于平面应变仪,实现了对试样变形的非接触测量,并且通过亚像素角点识别,可以获得试样在任意时刻的应变场图,这为研究试样应变局部化的发展过程提供了很大的便利。本文利用新型平面应变仪分别对粘土和砂土进行了固结不排水和排水平面应变压缩试验。通过改变粘性土的超固结比(固结压力/侧向压力)和砂土的相对密实度、侧向压力、粒径,研究其对应变局部化的影响。  通过对试验现象和数据的分析发现:试样的应力-应变关系与试样的密实度和试验侧向压力密切相关,这二者越大,试样越易表现出应变软化现象;试样最接近端部的上下各两行受端部的影响较为严重,因此在数据处理时要将这四行数据剔除;基于侧向应变和竖向应变的关系曲线,确定了应变局部化的起始点和完全形成点;剪切带内、外点和试样总体的应力-应变关系变化趋势一致,但剪切带内点的应变明显大于带外点的应变;试样的破坏过程是渐进性的;粘土剪切带主要是“X”交叉型,且粘土试样在两条剪切带的交叉处容易出现开裂。砂土剪切带主要是单一型和“X”交叉型;实测了剪切带的倾角和宽度,实测剪切带倾角与理论值存在一定差异。对于粘土,剪切带倾角理论值小于实测值。细粒砂剪切带倾角倾角介于Roscoe和Mohr-Columb理论预测值之间。粗粒砂的剪切带倾角与Roscoe理论值最为接近。剪切带的宽度与侧向压力、密实度、粒径有关;孔隙水压力的发展与超固结比有关。在超固结比较大的情况下,试样易出现剪胀现象,同时孔隙水压力的变化与剪切带的形成有着很大的关系。这为进一步研究粘性土的变形局部化与破坏行为机理提供了有益的参考。本文对于土体的剪切带做了初步探讨,在试验过程中也发现了新型平面应变仪的不足之处,需要对其进一步改进。
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