资源描述：
《重塑黄土的应力_应变关系_万玉珍》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第18卷第6期岩土工程学报Vol.18No.61996年11月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringNov.,1996重塑黄土的应力-应变关系万玉珍林德明(水利部黄委会设计院,郑州,450003)(水利部黄委会水科院,郑州,450003)1高压力作用下重塑黄土的变形土是一些粒状的矿物、水和空气等三相系组成的复杂结构体。在土工工程中,土体在各种外力的作用下,其颗粒之间将产生相对位移称为土的变形。重塑黄土的应力-应变关系是黄土变形-强度特征的反映。小浪底两岸为黄土丘陵地带,黄土成份为轻粉质壤土
2、、中粉质壤土、重粉质壤土。主要物理特性见表1。分别对轻粉质壤土、中粉质壤土、重粉质壤土进行了UU试验、CU试验、CD试验研究。每组试验施加围压力分为九级,σ3最大为2800kPa。重塑黄土制备见表2。表1小浪底黄土的主要物理特性土壤名称轻粉质壤土中粉质壤土重粉质壤土>0.05(mm)1810～2014颗粒大小0.005～0.05(mm)6863～7365(%)<0.005(mm)1417～2021流限wL(%)31.126.0～32.740.6塑限wP(%)20.517.4～20.021.2塑性指数IP11.29.2～13.41
3、9.4不均匀系数9.812.5～19.414.4比重GS2.732.72～2.732.743天然干密度(g/cm)1.41～1.581.57～1.61天然含水量(%)16.6～20.318.6～23.3表2黄土试样制备情况土壤名称轻粉质壤土中粉质壤土重粉质壤土3干密度(g/cm)1.751.65～1.781.71含水量(%)16.214.2～18.118.93注:表中含水量、干密度相应于25击,标准击实功能为8.63kgf·cm/cm1.1非线性塑性变形、弹性变形试验成果绘成(σ1-σ3)-εa曲线,见图1。试验成果表明,(σ1
4、-σ3)-εa曲线呈非线性。到稿日期:1995-04-22.106第6期万玉珍等.重塑黄土的应力-应变关系107这是因为土体是松散介质,受外力后土体颗粒之间互相错位,微观排列状况改变。当σ3<600kPa时呈塑性变形。随着压力的增加土颗粒之间内应力(粘聚力)增大,当σ3>1000kPa,土体过渡到坚硬密实状态,呈弹性变形。1.2破坏标准土体的破坏是它的内部剪应力达到了抗剪强度;屈服是它出现了不可恢复的变形。由图1可见,当σ3<400kPa时,试样以塑性变形为主,呈鼓状剪胀性破坏,没有明显的剪切面;当σ3>1000kPa时,一般以
5、脆性破坏为主,且具有明显峰值。试样有“劈剪面”,劈剪面的角度随围压力σ3增加而增大。1.3球应变与剪应变当试样同时承受各向相等的力———球应力,试样发生各向相等的压缩变形。土分子间的内应力增大,它的固结过程是球应变。当试样受围压力σ3达3600kPa时,试样没有破坏。σ1-σ3=剪应力,εa=剪应变(轴向应变),剪应力引起剪应变,试样在剪切过程中的剪应变与球应变同步进行。1.4硬化和软化由图1得知,当σ3≤600kPa时,曲线有向上的弱增趋势,图1应力-应变曲线与理论双曲线近似弱“硬化型”;当σ3>1000kPa,曲线具有峰值。
6、过了峰值,应力降低而应变还增加,呈弱“软化型”。2重塑黄土的抗剪强度2.1线性强度根据莫尔破坏准则σ1-σ3σ1+σ3=c·cosφ+sinφ(1)22式中σ1,σ3为大、小主应力;c为粘聚力;φ为内摩擦角。莫尔强度参数c,φ按下式计算-1φ=sin(tgφ)(2)c=a/cosφ(3)用P=σ1+σ3/2;q=(σ1-σ3)/2作莫尔强度包络线图及强度变换线图,见图2,3。其变换强度线的截距为a,斜率为tgφ。图2莫尔强度包络线图3莫尔强度变换线108岩土工程学报1996年试验结果表明,在一定的压力范围内(σ3<800kPa)
7、,莫尔强度包络线视为一直线。在高围压力下,莫尔强度包络线并不完全与破坏应力圆相切。因此,按折线进行强度分析比较合理。2.2折线强度q-P应力关系图见图4,高压三轴试验成果表明,包络线随围压力增大呈非线性变化。包络线压力轴有一个明显的转折点,包络线压力轴向下弯曲,不能视为一直线。通过此折点可分割成前后两枝直线,与折点相对应的σ3称为控制压力σ3c。当σ3<σ3c时,前枝直线的莫尔强度参数为c1,φ1;当σ3>σ3c时,后枝直线的莫尔强度参数为图4折线总强度c2,φ2;线性总强度c=138kPa,φ=13.3°;而折线总强度c1=5
8、1.5kPa,φ1=19.9°;c2=235kPa,φ2=12.2°。因此,采用折线强度能较精确地反映重塑黄土强度特性。3应力-应变模量参数在土工问题的应力-应变分析计算中,广泛采用邓肯、张等人提出的双曲线应力-应变模型,其表达式为σ1-σ3=εa/(a+bεa
