南海饱和软土单剪强度试验研究.pdf

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1、第５期水利水运工程学报Ｎｏ．５２０１６年１０月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＯｃｔ．２０１６ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１６．０５．０１６詹云霞，王建华．南海饱和软土单剪强度试验研究［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１６（５）：１０９－１１４．（ＺＨＡＮＹｕｎ⁃ｘｉａ，ＷＡＮＧＪｉａｎ⁃ｈｕａ．ＡｓｔｕｄｙｏｆｄｉｒｅｃｔｓｉｍｐｌｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｆｏｒＳｏｕｔｈＣｈｉｎａｓｅａｃｌａｙ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ⁃ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥ

2、ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６（５）：１０９－１１４．）南海饱和软土单剪强度试验研究１，２１，２詹云霞，王建华（１．天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津３０００７２；２．天津大学岩土工程研究所，天津３０００７２）摘要：采用应力控制的单剪试验对中国南海海域原状饱和软黏土的力学响应进行了研究，考察了不同应力水平下软黏土的应力应变响应和强度特征。结果表明：无初始剪应力时，当应变小于５％时，循环应变增长缓慢且稳定，超过５％以后，循环应变迅速增长并达到破坏标准，因此可将循环应变达到５％作为破坏标

3、准，同时，动应力比存在阈值，当动应力比小于０．５２时，认为土体不会发生破坏；有初始剪应力时，应变向有初始应变一侧累积，且无论是增加静应力比还是动应力比，都会引起应变累积加快，破坏振次减小，相对而言，动应力比对累积应变和破坏振次的影响更明显。最后给出了破坏振次为１０００次的强度包线，提供了安全的静、动应力比组合方式。关键词：单剪试验；归一化剪切强度；静应力比；动应力比；饱和软土中图分类号：ＴＵ４１１．７文献标志码：Ａ文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１６）０５－０１０９－０６随着海洋油气能源开发逐

4、步走向深海，对海上平台建设提出了更多的需求。海上平台建设的关键在于解决平台地基承载力和稳定性问题，这需要对平台基础底部地基土体的强度进行准确评价。海上平台地基在波浪和风暴的周期作用下产生超孔隙水压力，从而使土体承载力下降，甚至导致海底土体的滑动或地基失［１］稳，造成海工结构物的破坏。波浪以及风暴荷载呈现出振幅和频率的不规律性，在实验室内较难模拟，一［２］般采用不同应力水平下具有恒定频率的等幅循环荷载来模拟复杂的自然环境荷载。且单剪试验制样方［３］便，固结迅速，试样始终处于Ｋ固结状态，更能反映实际

5、的受力状况。研究不同应力水平下饱和软土的单０剪强度特征，对海工结构物的基础设计具有重要意义。［４］对于不同应力水平下黏土的单剪强度问题，国内外学者进行了初步研究。黄永男等运用动单剪仪研究了南海饱和软黏土的动强度特征，但未考虑初始剪应力对软黏土循环强度的影响，而实际工程中初始剪应［５］力的影响无法忽略。Ｋ．Ｈ．Ａｎｄｅｒｓｅｎ等对Ｋ固结的Ｄｒａｍｍｅｎ黏土进行了一系列不同静动应力组合的循０［６］环单剪试验，得到了Ｄｒａｍｍｅｎ黏土的强度特征。Ｔ．Ｗｉｃｈｔｍａｎｎ等采用单剪试验研究了挪威软黏土的动

6、强［７］度，主要考察了动应力幅值和循环频率两个因素对强度的影响。Ａ．Ｍ．Ｍａｌｅｋ等利用单剪仪对Ｋ固结原０状ＢｏｓｔｏｎＢｌｕｅ黏土进行了一系列不同静动应力组合下的循环单剪试验，分析了ＢｏｓｔｏｎＢｌｕｅ黏土的单剪强［８］度。Ｔ．Ｋｏｄａｋａ等利用单剪试验对日本海域Ｙｕｒａｋｕｃｈｏ黏土的强度进行了研究，仅定性地指出动强度与竖向固结应力有关。虽然较多学者对软黏土的单剪强度进行了研究，但研究对象为某一特定海域的典型软黏土，考虑到不同区域黏土的力学特性存在较大的离散性，研究成果并不完全适用于其他海域

7、的黏土，故有必要对我国南海区域黏土进行详细研究。本文利用室内ＧＤＳ型单剪仪，按不同的静、动应力比组合，系统研究了我国南海海域饱和软黏土的强度特征，给出了不同静、动应力比组合下的强度特征，分析了静应力比和动应力比对动强度收稿日期：２０１５－１０－１１作者简介：詹云霞（１９９１—），女，湖北仙桃人，硕士研究生，主要从事土动力学及海洋岩土研究。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｎｙｕｎｘｉａ.１２３＠１６３．ｃｏｍ通信作者：王建华（Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｔｄｗｊｈ＠ｅｙｏｕ．ｃｏｍ）１１０水利水运工程学报２０１６年１０月的

8、影响；最后给出了南海饱和软黏土的强度包线。１试验方案试验用土为典型南海原状海相黏性土，取自中国南海流花海域海底以下１９.５～２０.８ｍ深度范围内，黏性土总体属于全新统黏土，呈灰色，夹杂有油孔虫等生物碎屑，钙质含量较高，烘干后颜色泛白。土样基本物３理性质指标为：含水量４２.６％，天然重度１８.３ｋＮ／ｍ，液限４６.２％，塑限２３.８％，塑性指数２２.４。单剪试验采用圆饼形土样，试样直径５０ｍｍ，高２０ｍｍ，采用环刀取样法切取获得。循环单剪试验采用ＧＤＳ电机伺服控制多功能单剪系统。该仪器水平方向和竖