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1、第4卷第3期自然科学进展国家重点实验室通讯1咙岭年5月—’冻土的强度与屈服准则马巍吴紫旺张长庆(中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室,兰州730000摘要人们长期沿用的线性屈服准则已越来越表现出了它的局限性.在复杂应力状况下,随着围压的增大,强度达到最大值,然后又逐渐降低在主应力咬间形成一个.抛物形屈服面此屈服面依赖于冻土的粘聚力和内摩擦角,并随温度的变化而变.化本文给出了抛物型屈服准则以及一些参数,此准则在低应力状态丁可转化为线性屈服准则.关健词强度、屈服面、屈服准则1引言.冻土作为一种复合多孔介质,由多相组成,相变极为敏感,造成了冻土的复杂性因此吸.引了愈来愈多的
2、学者致力于研究冻土的强度问题在同一条件下,应力愈大,冻土的强度也愈,,一、-大这一结论为许多强度准则奠定了基础其中线性准则有MhorCom五〕mb准则l’]Drucker一,,,pragerl’l和nMisesBotkinI31准则等同时助danyi(一972)GorodetsksiI4}v姆lovl习Ladevo等人l6J和alov等赶71相继提出了一些非线性准则.这些准则Vy已被广泛应用于工程实践当中.,8一二,随着研究的进一步深人许多学者1川发现随着围压的增大冻土的强度会出现峰.值,随着围压的继续增大,强度逐渐降低我们的大量实验也证实了此结论新情况的出现迫使我们提出新的强度准
3、则与之相适应.Nadail’21在研究固体材料时,Rcinie卜e和Reastonl’31.sh’41在研究海冰时曾提出用抛物型函数作为强度的准则Fi【也将此函数从理论七推广到冻土中来.从我们的试验结果来看,冻土的破坏面在主应力空间内呈抛物形状(图l一3),为此本文力求在试验的基础上,给出抛物型的屈服准则,并在不同的温度下给出与之相关的参数值.2试验结果保,、17.5m探处)和持加荷速率和含水量一定对冻结兰州砂土冻结淮北粘土(冻结淮北.一一l卯205-29收稿l卯30冬02收修改稿.参加试验l一作的有:刘永智、常小晓张建明、沈忠言等自然科学进展国家重点实验室通讯第4卷—砂土(3m深
4、.:随着围压的增大,14处)进行了三轴抗剪试验试验中发现冻土的抗剪强度逐渐增大到一最大值,而后出现降低的趋势,其最大值的出现位置随温度和土质的不同而不..,如图同1所示其莫尔包络线如图2一4所示{:i℃出阴141()12只6/一二q乙,尸工井封顺宕倒握民翠d芝创浪称鬃门40OC6。一!。CO一7C~—一“5C一之介C山----上---上--r-一泣一----上}j{246810101520253035围压(MPa)平均一法向应力〔入Pa)图1一5℃时抗剪强度与围压的关系图2不同负温下兰州砂三的莫尔包络线(加荷速率为nl伪kN/mi),l兰州砂土2一淮北砂上一d性一创嫂氨军弋子!芝一
5、娜吸象坦、24‘弓川平均法J台]应力爪11,)平均法向应力(诚Pa)图3不同负温下淮北砂土的莫尔包络线图4不同负温下淮北粘t的莫尔包络线,,.::。:,可见在低应力时与近似呈线性分布;一旦围压继续增大‘趋于抛物型分布3屈服准则为使实验室的条件和现场的复杂应力相联系,采用应力不变量函数1,2,f(1113)=0(l),,、.,:来表示材料的屈服条件其中II和13分别为第一第二和第三应力不变量当材料为均质且各向同性时,可用下式表不材料的屈服条件:卜Z,f(JJ)=0(2)其中J,和几分别为偏应力的第一和第二不变量.如果用画在八面体应刀p一q平面上的屈服轨迹来替代,这种轨迹的数学表达式就
6、变为P,q,f()=0(3)其中:冻土的强度与屈服准则第3期马巍等。la3,一J+几十告一一一【‘处,2+(几一几,2·(,2,一合瓜方一一,一,,+.在轴对称二轴应力状态下、。二。一冬(a2。)J在主应力空间中,方程(2)和(3)代表破坏面,其破坏面的形状可由屈服函数给出,q“fl(P)(4)基于实验,我们选用抛物函数作用冻土的屈服准则(Fish,1991)如图5所示b-q二C十口P一不下了一P(5)‘夕州,,这里。b二tg势势p二0时八为八面体平面上的粘聚阻力为,面体上的内摩擦角p,q,为冻土的剪切强度达到最大值._二,一二.b、二二。、二二二-,,、,j。/二、、一~.二~一
7、‘一=c+q由方程(5)可看出:当《肠一答刹时‘的’平‘均一法’’向‘’应力的‘值、,,·、-,,”川”m一一一”一一-2了一“一一。,,,一尸一戈时召二c+b尸方程(5)变为DruckerPrager屈服准,,则;对无摩擦材料(b=0)q=c方程(5)变为nMises屈服Vo..准则这样给定参数c,甲和p,,就可以得到冻土的屈服准则图5冻土的屈服准则4参数的确定.,,基于兰州冻结砂土我们从试验中给出参数c价和丙的变化关系由匾2可得到图6一8几条曲线.由图6一8可得
