主应力轴旋转对原状软粘土宏观变形和微观结构影响的试验研究

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1、浙江大学建筑工程学院硕士学位论文主应力轴旋转对原状软粘土宏观变形和微观结构影响的试验研究姓名：管林波申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：周建20100301主应力轴旋转对原状软粘土宏观变形和微观结构影响的试验研究摘要主应力方向变化是车辆、波浪等荷载作用下地基土体所受应力路径的主要特征，其对饱和软粘土变形特性的影响更是关乎国家基础建设的经济性和安全性的重难点技术问题．长江三角洲地区分布有大面积的软土地基，同时也是我国经济发达的地区之一．开展在车辆、波浪等荷载作用下软基性状的研究对合理进行设计有着十分重要的意义，但目前这方面的研究成果较少，急待深入与完善．有鉴于此，本

2、文在前人的工作基础上，采用空心圆柱扭剪仪、扫描电子显微镜等试验仪器，对杭州地区典型原状软粘土开展了考虑主应力方向变化的系列试验研究，重点研究了粘土试样宏观变形特性和微观结构特点．主要工作和成果如下：1．分别开展了主应力方向不同和中主应力系数不同的不排水定向剪切试验以及主应力轴旋转变化的不排水试验．结果表明：(1)主应力作用方向的变化对原状粘土的宏观变形特性无明显影响；中主应力系数b值的变化对原状粘土的宏观变形特性有显著影响．(2)在应力作用下，粘土试样通常都存在明显的非共轴现象，即主应变方向与主应力方向不一致．在定向加载的应力状态下，随着应力的加载，非共轴现象会逐渐消失

3、；在主应力轴纯旋转的过程中非共轴现象基本上一直存在．(3)当中主应力系数为0．5时，粘土体在主应力轴纯旋转过程中，若忽略剪应力的影响，轴向应变和扭剪应交可近似为2倍主应力方向角的正弦函数；而环向应变则与轴向应变近似大小相等、方向相反；径向应变在整个旋转过程中变化不大，基本为零．2．考虑应力的大小和方向两种作用效应，推导出主应力轴旋转的应力路径下各应变增量的计算式，再结合试验的部分结论得到各应变的半理论计算式．3．对主应力方向不同的定向剪切试验、中主应力系数不同的定向剪切试验以及主应力轴旋转试验中的粘土试样展开微观结构试验研究．结果表明：(1)原状粘土的颗粒单元主要呈薄片

4、状，颗粒之间以点与面、面与面的纤维状胶结为主，颗粒组合整体呈蜂窝状结构，也像花瓣结构；土体微观结构的复杂程度较高，在各方向上土体孔隙排列的有序性都很差，但由于沉积的作用，竖直方向上有序性nlI略高于水平方向．(2)在粘土试样的三个观测面中，rO面(即沉积面)的微观结构对试样宏观变形特性的控制作用最弱，z口面和刀面(相互垂直的两个竖直面)的微观结构对试样宏观变形特性的控制作用相对较强，其中，粘土试样z口面的孔隙比对粘土宏观变形特性有较显著的控制作用．关键词：原状软粘土；空心圆柱扭剪仪；扫描电镜；主应力轴旋转；主应力方向；主应变方向；微观结构ⅣIEXPERIMENTALST

5、UDYONEFFECTOFPRINCIPALSTRESSAXISRoTATIONONTHEMACRO—DEFORMATIONANDMICRoSTRUCTUREoFINTACTCLAYAbstractPrincipalstressrotationiSoneofmaincharacteristicsofthestresspathsofvehicularorwaveload．nleinfluenceonsoilfoundationisoneofthekeyissuesininfrastructures，andisveryimportantineconomyandsafetya

6、ssessment．SoftclayiswidelyspreadinYangtzeRiverDelta,themostprosperousareainChina．Sothestudyontheeffectofvehicularorwaveloadonsoftclayfoundationhassignificantimportance011rationaldesign．However,fewachievementshavebeenreported．BasedOlltheformerresearch,aseriesofexperimentalstudiesonprincip

7、alstressrotationonHangzhouintactsoftclaywerecarriedoutbyHollowCylinderApparatus，ScanningElectronMicroscopyandotherinstruments．田bstudy011soildeformationandmicrostructurewerehighlyfocusedandthemainachievementswereasfollows：1．Aseriesofundrainedtestshadbeenconducted,inwhichth