动静荷载作用下砂土剪胀性的试验研究

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砂土是一种最常见也最具有代表性的颗粒介质材料,它的力学特性、物理特性以及工程特性越来越被国内外许多专家学者所关注。通过对砂土材料在不同情况下抗剪强度以及变形特性的变化情况进行研究,将其应用于实际工程,这对于以后土力学的发展具有重大的意义。目前砂土材料在动静荷载作用下的抗剪强度、变形特性、剪胀性以及动荷载试验中能量损耗的问题还没有解决。本文通过GDS动三轴测试系统,对砂土进行了动静荷载下不同应力路径的三轴压缩试验。针对试验结果进行系统的分析比较,讨论了关于在不同路径下砂土的剪胀性、变形特性、强度特性、应力-应变关系,以及动荷载下的滞回曲线变化规律和能量损耗的问题。主要研究结论如下:(1)静荷载加载试验时,等压应力路径试验中试样先体积收缩随后出现体积膨胀现象;偏压固结试验中,加载前期表现为应变硬化,但是后期的软化现象不是很明显,这与等压固结试验中的应变硬化-软化现象略有不同。偏压固结试验中,不同应力路径的峰值强度不一样,说明不同的应力路径会对砂土的强度造成影响。(2)初始应力状态相同时,三种应力路径等?3试验、等p试验、等?1试验的剪胀性是依次增强的;常规三轴压缩试验的试样处于低应力水平,而等?3试验、等p试验、等?1试验处于中等应力水平。试样应变硬化阶段的剪缩性是随着围压的增大而减小的;而在应变软化阶段的剪胀性是随围压的增大而减小的。在等p试验中,围压低于400kPa时,围压越小,越快出现剪胀,围压越大剪胀性越大;而围压达到533.3kPa时,体应变相对于400kPa时反而减小了,剪胀性变小。(3)动荷载加载试验时,动孔压前期快速增加,后期趋向于稳定,最终动孔压等于有效固结围压。相同围压、动应力条件下,偏压固结试验达到稳定孔压状态所需要的时间比等压试验长。施加相同的动应力时,有效围压越大,应变增加越慢,反之,应变增加越快。等压路径都是剪胀破坏,围压越小剪胀越快,围压越大剪胀越慢;偏压路径围压较小时剪胀,围压较大时先剪胀后剪缩破坏。(4)滞回曲线的轮廓越大,土体的粘滞性就会越大,反之,土体的粘滞性就会越小。滞回曲线的整体倾斜角度越大,材料的刚度就会越大,弹性就会越好,反之,材料的刚度就会越小,弹性也会变差。滞回曲线越稀疏,材料的结构损伤越大,反之,损伤越小。试样滞回圈的面积会随着施加的动应力幅值的增大而增大,面积越大,能量消耗越多。剪缩与剪胀阶段能量(总能量)变化情况不同,剪胀阶段,振动过程中能量不断损耗;而剪缩过程中随着振动次数的增加,整个过程中能量是不断增加的。
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