鄧博　任青　徐偉

摘 要：本文對海洋重塑粉質(zhì)黏土進(jìn)行一系列不排水單調(diào)加載試驗(yàn)，考慮圍壓因素，研究不同加載圍壓和不同固結(jié)圍壓下飽和粉黏土靜力特性。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著圍壓增大，偏應(yīng)力增長趨勢越快，峰值更高，同時土體剪切存在軸向應(yīng)變臨界值0.4%。在低圍壓下孔壓應(yīng)變關(guān)系呈雙曲線型變化，在高圍壓下孔壓存在峰值且孔壓應(yīng)變呈非雙曲線變化。

關(guān)鍵字：粉質(zhì)黏土;固結(jié)圍壓;加載圍壓;力學(xué)特性

中圖分類號：TU43? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）10-0118-03

1 研究背景

本文以東海大橋海上風(fēng)電場項(xiàng)目為課題背景，研究海洋粉質(zhì)黏土的力學(xué)特性。海洋粉質(zhì)黏土位于海上風(fēng)電場樁基礎(chǔ)的持力層，具有高含水率、大孔隙比、高壓縮性和低強(qiáng)度等特性[1]，對這層土力學(xué)特性的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

本文采用GDS標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力路徑靜三軸儀，對重塑飽和粉質(zhì)粘土開展不同固結(jié)圍壓和不同加載圍壓的不排水單調(diào)加載試驗(yàn)。分析圍壓對土體應(yīng)變、孔壓、應(yīng)力路徑的影響。

2 土樣參數(shù)與試驗(yàn)方案

本文研究中所用土樣取自于東海大橋東部海域的ZK-56-2鉆孔的粉質(zhì)粘土。重塑粉質(zhì)黏土的質(zhì)量密度為ρ=1.96g/cm3，含水率w=20%，相對密度GS=2.69，重塑土樣制備參考《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-017-1999），將粉質(zhì)粘土烘干碾碎過篩，按含水率23.5%配土，試樣直徑38mm、高80mm。重塑土樣制作完成后，立即進(jìn)行抽氣飽和，當(dāng)真空度接近當(dāng)?shù)?個大氣壓后，繼續(xù)抽氣2h，然后注入清水，靜置12h。真空飽和后，進(jìn)行分級加壓方式的反壓飽和，反壓壓力分3級（l00kPa，200kPa，300kPa）施加，待B> 0.98確認(rèn)試樣飽和完成。試驗(yàn)方案見表1。偏壓固結(jié)比確定為1.3，其中為有效固結(jié)軸壓，為有效固結(jié)圍壓，為單調(diào)加載時的圍壓。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

在不同偏壓固結(jié)圍壓和加載圍壓情形下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系如圖1和圖2所示，圖3和圖4為其局部放大的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖，其中，q為三軸單調(diào)加載試驗(yàn)下的偏力，計(jì)算公式如下：

圖中，f為軸向應(yīng)變，為實(shí)驗(yàn)過程中單調(diào)加載的軸向荷載。

圖1和圖3表明，當(dāng)土體經(jīng)歷相同固結(jié)過程后，在單調(diào)三軸試驗(yàn)中，土體彈性變形階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系發(fā)展趨勢幾乎相同，而土體塑性變形階段下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系發(fā)展則會受到加載圍壓的影響，加載圍壓越大，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系增長趨勢越快。

圖2和圖4表明，當(dāng)土體經(jīng)歷不同固結(jié)過程后，在單調(diào)三軸試驗(yàn)中，土體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系發(fā)展趨勢受到固結(jié)圍壓的影響。隨著固結(jié)圍壓的增加，土體彈性變形狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系增長趨勢越快，土體出現(xiàn)強(qiáng)度硬化現(xiàn)象;然而，隨著固結(jié)圍壓的增加，土體塑性變形狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系增長趨勢漸緩，在360kPa的高圍壓情況下甚至出現(xiàn)應(yīng)力隨應(yīng)變衰減的情況，土體強(qiáng)度硬化現(xiàn)象逐漸消失甚至出現(xiàn)強(qiáng)度弱化的情況。

對比圖1、圖2、圖3和圖4從中可以看出，飽和粉質(zhì)粘土在單調(diào)加載下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可劃分為2個階段：

（1）當(dāng)軸向應(yīng)變<0.4%時，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似為直線，土體處于初始線彈性變形狀態(tài)，試樣破壞較小;

（2）當(dāng)軸向應(yīng)變>0.4%時，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為非線性，且隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的變化趨勢逐漸平緩，土體塑性變形比例增加，隨著應(yīng)變的增長試樣破壞表現(xiàn)的越來越明顯。

3.3孔壓-應(yīng)變關(guān)系

土體在不同圍壓情況下的孔壓和軸向應(yīng)變關(guān)系如圖3-5所示，其中為剪切過程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力。從圖中可以看出，在不同固結(jié)圍壓和加載圍壓情況下，孔壓-軸向應(yīng)變關(guān)系的變化呈現(xiàn)出兩種發(fā)展趨勢：

（1）雙曲線型趨勢：在高加載圍壓情況下，如圖5-（b）、圖5-（c）、圖5-（e）和圖5-（f）所示，孔壓隨軸向應(yīng)變的增加而呈現(xiàn)出雙曲線型的變化趨勢，最終孔壓數(shù)值趨近于穩(wěn)定。

（2）非雙曲線型趨勢：在低加載圍壓情況下，如圖5-（a）和圖5-（d）所示，孔壓隨軸向應(yīng)變的增加而呈現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢，且在軸向應(yīng)變=5%時，孔壓達(dá)到最大值。

然而，低加載圍壓情況下，在孔壓達(dá)到峰值前，即當(dāng)軸向應(yīng)變<5%時，孔壓隨軸向應(yīng)變的增加是按照雙曲線型趨勢變化發(fā)展的。

對比總結(jié)圖5-（a）、圖5-（b）、圖5-（c）和圖5-（d）發(fā)現(xiàn)，加載圍壓越大孔壓值也越大。

但是圖5-（b）和圖 5-（e）相比時發(fā)現(xiàn)加載圍壓=240kPa時的孔壓比加載圍壓=200kPa時的小，這是因?yàn)榍罢叩墓探Y(jié)圍壓大于后者，土樣在高固結(jié)圍壓下充分排水固結(jié)，土體孔隙率較小，產(chǎn)生的孔壓數(shù)值相對教小。這個規(guī)律也體現(xiàn)在圖5-（d）、圖5-（e）和圖5-（f）中，固結(jié)圍壓越高，不排水單調(diào)三軸試驗(yàn)中試樣產(chǎn)生的孔壓越小。

4 結(jié)論

（1）不同固結(jié)圍壓和不同加載圍壓下飽和粉質(zhì)粘土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)出一定的不同。固結(jié)圍壓增大，相同應(yīng)變下土體的偏應(yīng)力也隨之增大，峰值強(qiáng)度也更高，土體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系增長趨勢越快。

（2）飽和粉質(zhì)粘土在不排水三軸單調(diào)加載試驗(yàn)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系經(jīng)歷彈性和塑性變形階段，臨界軸向應(yīng)變?nèi)≈禐?.4%。彈性變形階段，土體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不受加載圍壓大小的影響，只與土體固結(jié)圍壓有關(guān)。固結(jié)圍壓越大，彈性變形階段下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系增長趨勢越快。塑性變形階段，無論圍壓如何，土體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系趨勢都隨著軸向應(yīng)變的增長而漸緩。

（3）孔壓-軸向應(yīng)變關(guān)系的變化呈現(xiàn)出低加載圍壓時的雙曲線型變化和高加載圍壓下非雙曲線型變化的兩種趨勢。非雙曲線變化趨勢下，孔壓在軸向應(yīng)變= 5%時達(dá)到峰值。加載圍壓增大孔壓值隨之增大，而固結(jié)圍壓增大孔壓值隨之較小。

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