真三轴条件下q2黄土的破坏模式与强度特性研究

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1、真三轴条件下Q2黄土的破坏模式与强度特性研究简介　　于清高1，邵生俊1,2，佘芳涛1，张建辉1　　1.西安理工大学岩土工程研究所，西安710048　　；2.陕西省黄土力学与工程重点实验室，西安710048　：基于西安理工大学自主研发的新型真三轴试验仪，对不同含水率Q2黄土在不同b值、不同固结围压条件下进行了真三轴试验研究，分析了真三轴试样破坏方式、中主应力对抗剪强度参数的影响以及π平面上的强度破坏面。结果表明，Q2黄土真三轴试样破坏方式主要有侧胀破坏、锥形破坏、梯形破坏、六边形破坏；不同b值应力路经条件下黏聚力与三轴压缩条件下黏聚力的

2、比值在0.9～1.9之间，内摩擦角比值在0.7～1.5之间。土的结构性和土体破坏方式对π平面上的强度破坏面的形状影响较大，固结围压对π平面上的强度破坏面的大小影响较大；原状Q2黄土在π平面上的强度破坏面形状主要呈现梨形和轴对称六边形；随着结构性由强到弱，π平面上的强度破坏面形状由梨形向轴对称六边形变化。　　关键词：真三轴试验；Q2黄土；破坏方式；强度破坏面；中主应力　1引言　　当前黄土地区开展了大量大型基础工程设施建设，如穿越黄土地区的高速铁路和公路建设和黄土地区的西气东输管道建设，黄土地区的城市扩建和市政基础建设等。大量的黄土地基基

3、础、隧道和边坡工程均涉及到Q2黄土，其工程性质在黄土工程越来越得到人们的高度重视。Q2黄土不仅具有非饱和性、结构性，甚至湿陷性，同时还具有不同荷载（力、水）作用下强度变形特性的复杂性。各类黄土工程中土单元体的应力条件基本呈复杂的三维应力状态，为揭示Q2黄土复杂应力条件下的强度变形特性，开展不同湿度原状黄土的真三轴试验研究，对了解力、水作用下黄土的强度变形特性具有重要意义。　　在前人研究理论基础上，本文利用西安理工大学自主研发的两向柔性一向刚性新型真三轴仪[1]，试验研究了Q2黄土真三轴试样破坏方式、中主应力对抗剪强度参数的影响以及Q2

4、黄土π平面上强度破坏面。　　2试样制备与试验方法　　2.1新型真三轴仪真三轴仪是土工试验较为完善的测试仪器之一，也是土力学发展所依托的重要工具。相对于常规三轴试验，真三轴试验可以更全面、更真实地反映土单元的三维受力状态。　　从目前真三轴仪研究现状来看，刚柔结合加载方式得到了人们的普遍关注，它有2种形式，一种是两向刚性一向柔性，另一种是一向刚性两向柔性。目前国内外开发的真三轴仪均属于前者，这类真三轴仪克服了三向刚性加载时的互相干扰，但是，两向刚性板加载时仍然存在互相影响，且柔性向的应变量测还需要完善。为了克服这些不足，西安理工大学岩土工

5、程研究所邵生俊主持研制了1套一向刚性两向柔性的新型结构真三轴的压力室，并开发了配套的加载系统与控制和数据采集系统，研制出了新型真三轴仪。　　真三轴仪采用轴向刚性板加载、侧向双轴液压柔性囊加载的三向加载方式，最大特点是侧向双轴相邻液压囊之间采用径向弹性伸缩、平面弹性转动的薄壁钢板有效隔离，可有效地保证三向独立加载，互不干扰。设备组主要分包括压力室、加荷系统、量测系统、自动控制系统和相关附属设备，如图1所示，压力室由1室4腔的侧壁和顶盖与底座组成；加荷系统包括伺服步进电机轴向刚性加载和双侧向柔性加载；量测系统可实现3个主应力方向应力、位移

6、、孔隙水压力和孔隙气压力的量测；自动控制系统完成自动加荷和数据自动采集；相关附属设备包括重塑样压样器、原状样削样器以及试样饱和器，目前西安理工大学真三轴仪完成调试和验证，并完成了1篇博士[2]和2篇硕士论文[3－4]。　　2.2试验土基本物理特性Q2黄土是中更新世沉积具有弱湿陷性和结构性的黏性土。本次试验所有试样取自泾河南岸黄土边坡，取土深度距坡面约为20m。试样主要物理指标见表1。　　2.4试样固结完成与剪切破坏标准本次所有试验均采用等向压缩固结，固结时以轴向变形速率不大于0.1mm/h为固结完成的标准。　　加载剪切过程中控制中轴应

7、力比，均采用应变控制，应变速率根据试验需要进行调整。对于软化破坏型试样，当出现峰值后即认为土样已破坏，对于硬化型试样，采用轴向变形达到8.4mm，即1ε发展到12%时认为试样已经剪坏。　　2.5试验路径b是反映中主应力2σ与大主应力1σ、小主应力3σ相对大小的参数，表达式为2313bσσσσ?=?（1）　　由式（1）可得2313σ?σ=b(σ?σ)（2）若3σ不变，同时增加1σ、2σ，保持b值不变则对式（2）两端求导，可得21dσ=bdσ（3本文试验中，首先施加3σ，使试样处于三向相等的应力状态。然后保持3σ不变，1σ、2σ按照式（3

8、）进行等比例加载，则可保证试样在加载过程中任意时刻的b值都相等，是本文的等b加载试验应力路径。　　3试验成果分析　　3.1Q2黄土真三轴条件下破坏方式在外部荷载作用下且当形成明显的剪切面时，对试样结构的破坏主要集中在剪切