祝進(jìn)弟 齊永正,2 張兆兵 汪 燦

(1.江蘇科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)材料

取鎮(zhèn)江下蜀土樣如表1所示。

1.2 試驗(yàn)儀器

烘箱，天平，稱量盒，比重瓶，0.1kPa真空煲，TSZ系列全自動(dòng)三軸儀。

1.3 試驗(yàn)步驟

將所取的原狀土放在太陽(yáng)下曬干、磨細(xì)。

(1)制備土樣的擊實(shí)、飽和。取曬干磨細(xì)后的土樣500g，加入純水直到含水率為20%,做擊實(shí)土樣、飽和土樣實(shí)驗(yàn)。

表1 試樣的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

(2)常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)

將擊實(shí)、飽和后的三個(gè)土樣裝在三軸儀中，依次在圍壓100kPa，200kPa，300kPa下進(jìn)行常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)。

(3)不同應(yīng)力路徑實(shí)驗(yàn)

將擊實(shí)、飽和后的兩個(gè)土樣裝在三軸儀中，依次在軸壓100kPa增大同時(shí)200kPa圍壓減小、軸壓100kPa保持不變同時(shí)200kPa圍壓減小兩種不同應(yīng)力路徑下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，ccu=57.40,Φcu=7.36。根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式，可知常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)土的強(qiáng)度與主應(yīng)力差成正比。與此同時(shí)，在軸向應(yīng)變?cè)?.000mm～8.800mm范圍內(nèi)，圍壓為200kPa，300kPa時(shí)，主應(yīng)力差基本保持不變，而圍壓為100kPa時(shí)，主應(yīng)力差呈現(xiàn)先升后平的趨勢(shì)；軸向應(yīng)變?cè)?.800mm～16.000mm范圍內(nèi)，圍壓越大，出現(xiàn)的峰值越大。

2.2 不同應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)結(jié)果

在軸壓100kPa增大且200kPa圍壓減小以及軸壓100kPa不變且200kPa圍壓減小的應(yīng)力路徑下，軸向應(yīng)變?cè)?.000mm～7.000mm范圍內(nèi)，主應(yīng)力差都呈現(xiàn)直線上升曲線，軸向應(yīng)變與主應(yīng)力差成正比例關(guān)系。軸向應(yīng)變?cè)?.000mm～21.587mm范圍內(nèi)，主應(yīng)力差呈先急劇下降后急升趨勢(shì)，由此可知，土樣已經(jīng)被剪壞。

2.3 常規(guī)與不同應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)結(jié)合結(jié)果

在固結(jié)不排水條件下，當(dāng)固結(jié)應(yīng)力低時(shí)，圍壓很低，在破損過(guò)程中膠結(jié)強(qiáng)度發(fā)揮了重要作用，故在總圍壓為常數(shù)或增加時(shí)，軟化現(xiàn)象不太明顯；當(dāng)固結(jié)應(yīng)力高時(shí)，膠結(jié)強(qiáng)度受到了破損，土樣所表現(xiàn)出的性質(zhì)類似于重塑土的，破損過(guò)程中表現(xiàn)為塑性流動(dòng)或稍有軟化不排水條件下，總圍壓降低時(shí)，低固結(jié)應(yīng)力下膠結(jié)強(qiáng)度發(fā)揮作用，表現(xiàn)為塑性流動(dòng)，而高圍壓時(shí)表現(xiàn)為很強(qiáng)的應(yīng)變軟化。

3 結(jié) 論

(1)在不同的應(yīng)力路徑和不排水條件下，在常規(guī)三軸試驗(yàn)中，當(dāng)在不同的固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)總圍壓為增大時(shí)，土樣表現(xiàn)為不同程度的應(yīng)變硬化現(xiàn)象，而孔壓一直增大，直到試樣破壞還有增大的趨勢(shì);當(dāng)總圍壓降低時(shí)，土樣表現(xiàn)為不同程度的應(yīng)變軟化現(xiàn)象，而孔壓增大到某一值后會(huì)降低很多。

(2)在固結(jié)不排水條件下，在不同應(yīng)力路徑試驗(yàn)中，當(dāng)有效主應(yīng)力增大時(shí)，土樣表現(xiàn)為同一程度的應(yīng)變規(guī)律，先是直線硬化，后是突然地下降，達(dá)到試樣破壞還持續(xù)上升。

(3)常規(guī)三軸試驗(yàn)中，在固結(jié)不排水條件下結(jié)構(gòu)性土樣的強(qiáng)度包絡(luò)線是一條不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線，與第二個(gè)應(yīng)力圓沒(méi)有相切，在有效主應(yīng)力差作用下表現(xiàn)為線性的。

(4)在常規(guī)應(yīng)力和兩種不同應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)中，同樣是在固結(jié)不排水條件下，結(jié)構(gòu)性土樣在有效主應(yīng)力下表現(xiàn)為不同的硬化現(xiàn)象，隨著應(yīng)力的增加，硬化增加，達(dá)到破壞還持續(xù)硬化。但是在兩種不同應(yīng)力作用時(shí)，與常規(guī)應(yīng)力作用相比，應(yīng)力出現(xiàn)驟然下降后上升的現(xiàn)象，應(yīng)變也表現(xiàn)出不同的軟化現(xiàn)象。同時(shí)結(jié)構(gòu)性土樣在這三種應(yīng)力作用，表現(xiàn)出不同程度的剪脹現(xiàn)象。

(5)在固結(jié)不排水條件下，結(jié)構(gòu)性土樣的強(qiáng)度無(wú)論是在常規(guī)應(yīng)力作用下，還是在不同應(yīng)力作用下，表現(xiàn)的特性都是視具體情況而定的。由此可知，在實(shí)際工程中土的強(qiáng)度都是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況測(cè)定的。

4 對(duì)實(shí)際工程的意義

地下工程在開挖等施工過(guò)程中不可避免地對(duì)周圍土體及鄰近建筑物產(chǎn)生擾動(dòng)影響。長(zhǎng)期以來(lái)，由于人們對(duì)地下基坑工程施工擾動(dòng)引起的周圍土體性質(zhì)的改變和施工中結(jié)構(gòu)與土體介質(zhì)的變形、失穩(wěn)、破壞的發(fā)展過(guò)程認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致城市基礎(chǔ)設(shè)施在建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生基坑邊坡失穩(wěn)及坍塌等，并造成了人員傷亡等屢見(jiàn)不鮮的事故。而經(jīng)過(guò)對(duì)不同應(yīng)力路徑下土的強(qiáng)度的研究恰恰可以解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)實(shí)際工程的意義十分重大。