结构性软黏土K0固结不排水强度特性研究

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软黏土广泛分布于世界各地,在长期的沉积及后沉积过程中,由于受到各种物理与化学等因素(淋溶、盐分溶脱、触变硬化)的影响,产生了土的结构性。受土结构性的影响,天然沉积软黏土的力学特性与相应的重塑土有显著的差异。但现有的土力学理论大多是建立在重塑土研究的基础上,没有考虑土结构性的影响。基于此,国内外学者普遍采用天然沉积软黏土的原状与重塑土样的力学特性的差异来反映土的结构性。此外,土体的天然固结状态为K0固结状态而非各向等压状态。K0为土的静止侧压力系数,定义为原位水平方向应力与竖向应力的比值。因此,本文通过开展典型的软黏土原状土与重塑土样K0固结不排水剪切试验,探讨了固结方式,应力比,初始含水率,对土样固结不排水强度的影响规律与作用机制。主要内容如下:(1)软黏土K0固结不排水强度性状。针对原状样和重塑样开展K0固结和等向固结不排水剪切试验,探讨K0固结对土样固结不排水强度的影响。试验结果表明:原状土和重塑土样K0固结不排水强度均高于等向固结不排水强度;原状土样在结构屈服前,受结构性影响,固结不排水强随着固结压力的增加略有增加,且高于对应的重塑土强度;当固结压力超过屈服压力后,由于土结构性影响逐渐消失,原状土的固结不排水强度随固结压力的增长逐渐趋于重塑土;当原状与重塑土样的固结不排水强度增长规律一致时,土的结构性完全丧失;由于K0固结诱发的各向异性引起土颗粒的排列方式与等向固结有差异,两种固结方式下得到不排水强度指标参数也有差异。(2)不同应力比固结的软黏土不排水强度性状。通过对重塑土样进行不同固结应力比固结不排水剪试验,探讨应力比对固结不排水强度的影响。试验结果表明:土样固结完成时的含水率随着应力比的增加而减小,不同应力比固结下计算得到的固结压缩指数随着应力比的增加而线性增加;土样在低有效均应力p’下的偏应力与轴向应变的关系呈应变硬化性状,随着p’的增加逐渐趋于应变软化,固结不排水强度随p’的增加而线性增加;相同p’下,应力比越大的土样的固结不排水强度Su越高,通过试验数据可以拟合得到固结不排水强度Su随有效均应力p’和应力比的定量变化表达式;对总强度指标而言,应力比对黏聚力的影响较小,内摩擦角随着应力比的增加线性增加;对有效应力强度指标而言,有效黏聚力与有效内摩擦角随应力比的变化比较小。(3)不同初始含水率软黏土K0固结不排水强度性状。通过配置不同初始含水率的重塑土样,开展一维压缩试验和K0固结不排水剪切试验,探讨不同初始含水率对固结不排水强度性状的影响。试验结果表明:初始含水率高的重塑土样一维压缩曲线位于初始含水率低的土样的上方,随着固结压力的增大,各压缩曲线有逐渐趋于重合的趋势,采用孔隙指数可以将不同初始含水率的重塑土样压缩曲线很好地归一化至重塑土固有压缩曲线上;不同初始含水率的土样的K0固结不排水强度包线均为一条通过原点的直线,不同初始含水率土样K0固结不排水强度与归一化含水率(w/wL)在双对数坐标下具有良好的线性关系;初始含水率对K0固结不排水强度指标的影响主要反映在总内摩擦角的差异,总内摩擦角φcu随初始含水率的增加呈线性减少;初始含水率对总黏聚力、有效黏聚力和有效内摩擦角的影响较小;不同初始含水率的重塑土样在不同p’下进行固结不排水剪切试验得到的Su/?’v与0.33比较接近,不同含水率重塑土的K0固结不排水强度基本落在固有强度曲线ISuL上。
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