甘肃定西原状Q3黄土各向异性试验研究.pdf

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1、第21卷第3期地质力学学报V0l_2lNO．32015年9月JOURNALOFGE0MECHANICSSep．2015文章编号：1006—6616(2015)03-0378．08甘肃定西原状Q3黄土各向异性试验研究徐善常，梁庆国，李帅帅，张堂杰，张荣，(1．甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室，兰州730070；2．兰州交通大学土木工程学院，兰州730070)摘要：通过室内三轴试验，研究了甘肃定西原状Q黄土的各向异性对于黄土抗剪强度和变形参数的影响。研究结果表明，此种黄土的各向异性对土体力学性质的影响显著。垂直向原状黄土抗剪强度明显高于水平向，随着

2、围压的增大，二者之差明显下降，最终稳定在10％的差值范围内。围压小于100kPa时，水平向破坏应变明显大于垂直向，且随着围压逐渐增大二者差值逐渐减小，并在围压高于200kPa时，破坏应变达到一致。利用邓肯一张模型对偏差应力实测值与计算值进行差值分析表明，低应变处垂直向与水平向的差值均较大；随着围压增大，差值逐渐减小并最终稳定在±5％差值范围内，且最大偏差应力均符合误差为±5％的范围。无论是垂直样还是水平样，大约在2％应变之前的应力应变曲线都近似为回归系数很高的线性关系，可近似估算不同方向黄土的变形模量，其值分别为130MPa和85MPa。关键词：

3、原状黄土；各向异性；破坏应力；破坏应变；变形模量中图分类号：TU431，TU432文献标识码：A0引言黄土广泛分布于中国西北地区，近年来由于对西部地区开发力度的加大，在基础设施、国防、生态环境建设中，都可能遇到各种黄土问题。而黄土作为一种较为特殊的土体，具有水敏感性和结构性“等力学性质，且受二者的影响较大。在已经取得的研究成果中，党进谦等采用直剪仪对不同含水量条件下黄土的强度特性进行试验研究，梁斌等通过直剪试验研究了重塑红黏土的抗剪特性，二者都表明含水量对土体有不可忽视的影响；陈正汉等采用非饱和土的观点、方法探讨重塑黄土的强度、变形、屈服等特性，

4、取得了大量可靠的试验数据，并且建立了非线性本构关系，同时表明黄土具有一定的结构性，并且指出对结构性原状黄土进行试验研究具有重要意义；胡再强等13]以三轴试验为基础，研究了原状黄土的湿陷及变形特性，并从不同角度建立了黄土的结构性本构模型。邢义川等以杨凌非饱和原状黄土为对象进行了真三轴试验，提出了收稿日期：2014-12-01基金项目：国家自然科学基金项目(41262010)；长江学者和创新团队发展计划项目(IRTI139)；兰州交通大学“青蓝”人才工程项目(QL-08—19A)；甘肃省基础研究创新群体资助项目(145RJIA332)作者简介：徐善常

5、(1990一)，男，兰州交通大学硕士研究生，主要从事黄土隧道工程研究。E-mail：1208939465@qq．corn通讯作者：梁庆国，兰州交通大学土木工程学院教授，主要从事岩土及地下工程研究。第3期徐善常，等：甘肃定西原状Q黄土各向异性试验研究379非饱和黄土的三维有效应力公式及其参数的确定方法；梁庆国等¨”的研究表明原状黄土各向异性对土体力学性质有较大影响。以往的研究多侧重于影响土体力学性质的直接因素，但随着工程精度及工程进度的需要，不同模型所得结果的误差精度及在短时间内对土体变形能力进行初判显得愈发重要。本文在三轴试验的基础上，通过不同方

6、向原状黄土试验研究其破坏应力的差值，并通过应力应变的线性关系近似估算不同方向黄土的变形模量。l试样制备和试验方法用于本文研究的原状黄土试样取自甘肃省定西市宝兰客专王家沟距离隧道进口端约50m处，取样深度约45m。该地区为典型Q黄土地貌。土体的各项物理性质：塑限(W)值16．4％；液限值(删．)31．96％；塑性指数(，)值15．56；含水率()24．43％；密度(P)1．753g／cm；颗粒比重(G)2．73。试验采用英制大型三轴仪，抗剪试样的平均直径和高度分别为6．18cm和12．5cm，试验加载速率为1．2mm／min。2试验结果与分析图1横

7、轴右半轴部分为垂直向应力一应变曲线，左半轴部分为水平向应力．应变曲线。从图中可以看出，垂直向试样在围压小于150kPa时表现出明显的应变软化，围压高于200kPa时表现为明显的应变硬化现象；水平向试样则在50kPa时表现为软硬化现象，高于100kPa表现为明显的应变硬化现象。二者比较可得，垂直向具有明显应变硬化与应变软化现象，并且以150kPa为明显的分界点；而水平向只有应变硬化现象。同时由图1可见在低应变情况下，土体垂直向与水平向的偏差应力均呈线弹性关系，并且垂直向的斜率要明显高于水平向，表明低应变情况下垂直向偏差应力要大于水平向。同时由图也看

8、出随着应变的逐渐增加垂直向的最大偏差应力均大于水平向。(／71-a3)／kPa一：i．．⋯IIr_nIII’’⋯一一一一一一1一一一一⋯