水泥土损伤模型的试验研究

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1、水泥土损伤模型的试验研究-->水泥土损伤模型的试验研究摘　要:假定应力主轴与材料主轴重合,并在加载过程中保持不变,在此基础上,推导出水泥土的损伤模型,关键词:水泥土;损伤模型;本构关系StudyofDamageModeofCSSandExperimentalResearchAbstract:Itissupposedthatstressaxialandmaterialaxialbematchedandkeptunchangedduringtheloadingprocess.Onthebase,theauthordeduc

2、edthedamagemodeofgongchengguanli/cement-stabilizedsoil(CSS)andproposedevolutionaryequationofdamageoftheCSS.ThematerialparametersconcernedofCSSinedfromtheconditionofunconfinedaxialpressionunderloading-unloadingexperiments.Throughtheparisonentalresults,thedamagemo

3、deofCSSestablishedbytheauthorent-stabilizedsoil;damagemode;constitutiverelationship　　水泥土是用水泥、土、水和外加剂按一定比例掺合经均匀拌合的多相混合体系.它被广泛应用到地基处理、基坑围护、公路堤坝等工程上,起到了很好的作用,众多文献较为深入地研究了水泥土的力学、渗透等工程特性.Fisher、Kae系数,对无侧限的水泥土进行单轴试验,σ1=σ3=0,取,ω2=ω3,则式(6)可化为:ε1=σ1E(1-ω1)2(9)ε2=ε3=-VE(1

4、-ω1)(1-ω2)σ1(10)σ1=E(1-ω1)2ε1(11)因此为描述水泥土的本构关系,就必须正确地建立水泥土的损伤演变方程.笔者根据众多ω-ε的试验曲线散点图及其相关关系,提出水泥土的损伤演化方程:ω=1-ea(ε-b)(12)a,b为材料待定系数,b的含义可解释为水泥土开始发生损伤的轴向应变值(门槛值).将(12)式代入到(11)式的本构关系中有:σ1=Ee2a(ε-b)ε1　(ε1b)(13)上式即为水泥土在无侧限条件下的损伤本构关系(当(ε1b)时,本构关系与无损材料相同).1.2　a、b值的确定对于加工

5、软化的应力-应变关系,系数a、b值由以下两个条件求得:ⅰ)当应力达到最大值σmax时,其对应的应变为εmax;ⅱ)在应力最大值点,当σ1=σmax时,dσ1dε1=0σmax=Ee2a(ε-b)εmax(14)dσ1dε1=Ee2a(ε1-b)•(1+2aε1)(15)由,dσ1dε1=0,a=12ε1(16)将上式代入到(14)式中得b=εmax(1+lnEmE)(17)式中为应力最大点处的模量值.　第2期王立峰等.水泥土损伤模型的试验研究137　　2　水泥土损伤本构关系的试验验证某土样的物理力学指标如表

6、1.试验用水泥为425号普通硅酸盐水泥,采用=39.1mm,h=80.0mm?规格的三瓣模.试样配合比为水泥15%,水灰比0.45,粘土85%,将搅拌均匀的水泥桨加入到配制好的天然土样中搅拌均匀,试样采用击锤分3次击实成型,静置24h后脱模,为保持湿度,用保鲜袋包装好,放在水下养护60天.试验在HX-100型多用伺服控制三轴仪上进行,采用应力控制方式加-卸荷,整个试验过程由微机控制,试验方案输入后,试验数据可由计算机自动采集.试验类型为无侧限轴向加-卸荷,在加荷历时或卸荷历时内,荷载与时间为线性关系,控制加载历时与卸

7、荷历时相等,同步记录不同荷载历时下的轴向荷载、轴向位移等.根据Lemaitre(1971)[11]提出的应变等效原理,受损伤ω的材料在应力作用下发生的应变与无损伤的同样的应力在等-->效应力σe=σ1-ω作用下发生的应变相同,即ε=σE0(1-ω)(18)由于经受了一定的损伤,材料的弹性模量由E0下降为-E,即有ω=1--EE0(19)由上式即可从材料在不同应力时卸载曲线的斜率-E与初始弹性模量E0的比值求出损伤值.水泥土的应力-应变关系如图1,由试验结果得出水泥土的损伤曲线如图2,水泥土的应力-应变关系试验曲线与理论

8、曲线如图3.由试验结果有以下结论:表1　土样的物理力学性质指标Table1　Physicalandmechanicalpropertiesofsoils天然含水量/%天然密度/(kN/m3)土粒比重/(g/cm3)孔隙比塑性指数液性指数压缩系数压缩模量/MPa固结快剪摩擦角粘结力/kPa无侧限抗压强度/kPa44.517.62.7