羅文俊，王海洋，馬斌，陳曉飛

(1.華東交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，南昌 330013；2.中鐵二局集團(tuán)有限公司，成都 610000)

紅黏土是一種呈棕紅、褐黃等色的特殊黏性土，在江西、湖南、廣西等濕熱多雨地區(qū)皆有廣泛分布。隨著鐵路交通事業(yè)的飛速發(fā)展，很多地段都需要用紅黏土作為路基填料，紅黏土具有弱膨脹性、壓縮性低、結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度高的特點(diǎn)，用作鐵路路基填料可以帶來很高的經(jīng)濟(jì)效益[1]。近年來，鐵路逐漸向高速、重載方向發(fā)展，在長(zhǎng)期循環(huán)荷載作用下，紅黏土路基產(chǎn)生變形和不均勻沉降，嚴(yán)重影響了列車運(yùn)行的安全性和舒適性。因此，研究循環(huán)荷載作用下紅黏土的動(dòng)變形、動(dòng)孔壓特性具有重要意義。

通過動(dòng)三軸試驗(yàn)研究土體動(dòng)力特性是巖土領(lǐng)域普遍采用的方法[2-3]。多年來，學(xué)者對(duì)于紅黏土動(dòng)力特性的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。李志勇等[4]為了研究湘南地區(qū)紅黏土的動(dòng)態(tài)回彈性能，通過動(dòng)三軸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)回彈模量與圍壓、壓實(shí)度呈正相關(guān)，與偏應(yīng)力呈負(fù)相關(guān)，土體處于最優(yōu)含水率時(shí)動(dòng)態(tài)回彈模量值最大；穆坤等[5]對(duì)廣西原狀紅黏土進(jìn)行了循環(huán)加載動(dòng)三軸試驗(yàn)，分析了紅黏土的動(dòng)應(yīng)力-動(dòng)應(yīng)變關(guān)系及固結(jié)應(yīng)力比、圍壓、含水率等對(duì)動(dòng)彈性模量和阻尼比的影響；Fall等[6]通過循環(huán)加載三軸試驗(yàn)，研究了紅黏土不排水條件下的動(dòng)變形特性；昌思[7]對(duì)洞庭湖區(qū)飽和原狀粉質(zhì)黏土的動(dòng)變形特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出了動(dòng)應(yīng)力幅值、圍壓、固結(jié)比和加載頻率對(duì)累積塑性應(yīng)變的影響規(guī)律，并建立了累積塑性應(yīng)變模型。然而，紅黏土作為路基填料擾動(dòng)性很大，且紅黏土的動(dòng)力特性受地域差異和應(yīng)力歷史的影響也很大，目前，對(duì)江西紅黏土動(dòng)力特性的研究相對(duì)缺乏，因此，對(duì)江西重塑紅黏土做進(jìn)一步試驗(yàn)研究顯得尤為重要。

筆者針對(duì)江西飽和重塑紅黏土進(jìn)行了動(dòng)三軸試驗(yàn)研究，分析了動(dòng)應(yīng)力比、初始孔隙率、固結(jié)圍壓、加載頻率、排水條件對(duì)紅黏土塑性累積應(yīng)變和動(dòng)孔壓的影響規(guī)律。

1 飽和重塑紅黏土的振動(dòng)三軸試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)在高精度動(dòng)三軸儀上進(jìn)行，試驗(yàn)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)裝置、壓力室、圍壓/反壓控制器和信息采集儀等部分組成，見圖1。試驗(yàn)過程由電腦控制，通過內(nèi)置的GDSLAB軟件來設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。該設(shè)備可提供最大軸向激振荷載4 kN；壓力室承受的最大圍壓為2 MPa；應(yīng)變測(cè)量精度為10-4；循環(huán)加載頻率范圍0～2 Hz，加載波形可以選擇正弦波、方波、三角波和梯形波，也可以自定義加載波形，每個(gè)加載周期可以記錄多達(dá)100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；試驗(yàn)控制方式分為應(yīng)力控制和應(yīng)變控制。

圖1 動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Dynamic triaxial test

1.2 土樣的基本物理參數(shù)及試樣制備

試驗(yàn)所用土樣取自南昌市孔目湖邊在建32號(hào)土建實(shí)驗(yàn)樓旁的殘積紅土層，為保證土樣的均一性，采用重塑土制樣。將土樣風(fēng)干后用木碾碾碎，過2 mm土工標(biāo)準(zhǔn)篩。試驗(yàn)測(cè)得紅黏土的最大干密度為1.74 g/cm3，最優(yōu)含水率為16%，擊實(shí)曲線見圖2。依據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[8]對(duì)試驗(yàn)土樣進(jìn)行了一系列基礎(chǔ)物理試驗(yàn)，紅黏土的基本物理參數(shù)見表1。重塑土的制樣方法有泥漿固結(jié)法和分層濕搗法，根據(jù)試驗(yàn)方案，采用后者較為便捷。用最優(yōu)含水率拌和土樣，在特制的擊實(shí)器中分5層擊實(shí)制樣，制得的圓柱體試樣尺寸為φ50 mm×100 mm。嚴(yán)格控制每層土的質(zhì)量，為避免制得試樣出現(xiàn)分層現(xiàn)象，在擊實(shí)后層與層之間用切土刀刮毛。試樣制備好后放入真空飽和缸中抽氣飽和，抽氣負(fù)壓0.1 MPa，抽氣時(shí)間2 h，飽和時(shí)間10 h以上，然后進(jìn)行振動(dòng)三軸試驗(yàn)。

圖2 ρd-w關(guān)系曲線Fig.2 ρd-w relation curve

表1 紅黏土基本物理指標(biāo)
Table 1 Basic physical indexes of red clay

含水率w/%天然密度ρ/(g·cm-3)干密度ρd/(g·cm-3)比重GS初始孔隙比e025.741.741.442.750.91液限wL塑限WP塑性指數(shù)IP液性指數(shù)IL粘聚力ccu/kPa內(nèi)摩擦角φcu45.126.918.2-0.3210.823.4

1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

列車荷載作用時(shí)間長(zhǎng)，振動(dòng)頻率低，其引起的動(dòng)應(yīng)力是一種近似正弦曲線的單向脈沖模式，只對(duì)路基土體產(chǎn)生壓縮[9-11]，故試驗(yàn)采用應(yīng)力控制式單向加載方式，加載波形選用正弦波，每個(gè)循環(huán)周期采集20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。試樣在真空飽和缸中抽氣飽和后，在動(dòng)三軸儀上稍加反壓即可達(dá)到規(guī)范要求的飽和度，經(jīng)B檢測(cè)得到試樣的飽和度為97%。然后，在設(shè)定的圍壓下進(jìn)行等向排水固結(jié)，試驗(yàn)前在試樣周圍貼6～8條濾紙條以加速排水固結(jié)[12]，待超孔隙水壓力完全消散，等于所施加的反壓值時(shí)，表明固結(jié)完成。固結(jié)完成后施加單向循環(huán)荷載(單向壓縮)，進(jìn)行動(dòng)力試驗(yàn)。試驗(yàn)加載過程如圖3所示。

圖3 正弦單向應(yīng)力控制加載過程Fig.3 Sinusoidal unidirectional stress control loading process

共進(jìn)行了15組飽和重塑紅黏土動(dòng)三軸試驗(yàn)。試驗(yàn)過程充分考慮了試樣初始孔隙率、固結(jié)圍壓、動(dòng)應(yīng)力比、加載頻率和排水條件等綜合因素對(duì)土體應(yīng)變及孔壓的影響，共制得3種不同初始孔隙率的試樣，分別為0.65、0.7、0.75；固結(jié)圍壓采用50、100、200、400 kPa；定義動(dòng)應(yīng)力比R=σd/2σ3(σd為作用在試樣上的動(dòng)偏應(yīng)力，σ3為固結(jié)圍壓)，分別取0.2、0.25、0.3、0.4；根據(jù)已有監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，列車運(yùn)行時(shí)引起的垂向路基土體響應(yīng)頻率的區(qū)間范圍在0.4～2.6 Hz之間[13]，試驗(yàn)采用的加載頻率為0.5、1.0、2.0 Hz，荷載循環(huán)次數(shù)為5 000次。不排水試驗(yàn)的孔隙水壓力從試樣底部測(cè)得。詳細(xì)試驗(yàn)方案見表2。

表2 動(dòng)三軸試驗(yàn)方案Table 2 Dynamic triaxial test scheme

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)眾多，為便于處理和分析，只選取循環(huán)振次N=1、5、10、20、40、60、80、100、150、200、300、400、600、1 000、1 500、2 000、3 000、4 000、5 000所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，得出不同影響因素下試樣塑性累積應(yīng)變和動(dòng)孔壓比隨循環(huán)振次的變化規(guī)律。

2.1 循環(huán)荷載作用下塑性累積應(yīng)變的影響因素分析

2.1.1 動(dòng)應(yīng)力比的影響 為了研究動(dòng)應(yīng)力比大小對(duì)試樣塑性累積應(yīng)變的影響規(guī)律，在400 kPa固結(jié)圍壓下對(duì)同一試樣進(jìn)行了4種動(dòng)應(yīng)力比的不排水試驗(yàn)，圖4為此試驗(yàn)條件下試樣的塑性累積應(yīng)變?chǔ)舙與循環(huán)振次N的關(guān)系曲線圖。

由圖4可知，動(dòng)應(yīng)力比的大小對(duì)試樣的塑性累積應(yīng)變影響很大。從圖中累積應(yīng)變隨荷載循環(huán)次數(shù)的發(fā)展形態(tài)來看，可以將其分為3種類型，即穩(wěn)定型、臨界型和破壞型。臨界型曲線所對(duì)應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力比即為臨界動(dòng)應(yīng)力比。當(dāng)動(dòng)應(yīng)力比大于臨界動(dòng)應(yīng)力比時(shí)，試樣在很小的循環(huán)次數(shù)內(nèi)即發(fā)生破壞，其塑性累積應(yīng)變曲線發(fā)展迅猛(如圖中動(dòng)應(yīng)力比為0.4的情形)；當(dāng)動(dòng)應(yīng)力比小于臨界動(dòng)應(yīng)力比時(shí)，累積應(yīng)變?cè)诩虞d初期迅速增加，然后曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)并衰減，最后逐漸趨于穩(wěn)定，即試樣產(chǎn)生塑性硬化?，F(xiàn)實(shí)生活中，列車在高速運(yùn)行時(shí)，傳遞給路基土體的動(dòng)荷載作用時(shí)間長(zhǎng)，循環(huán)次數(shù)多，動(dòng)應(yīng)力一般小于路基土體的臨界動(dòng)應(yīng)力[14]。因此，筆者主要研究動(dòng)應(yīng)力比小于臨界動(dòng)應(yīng)力比的情況。

圖4 不同動(dòng)應(yīng)力比下累積應(yīng)變隨循環(huán)振次的變化曲線Fig.4 Curves of cumulative strain with cyclic vibration times under different dynamic stress ratios

2.1.2 初始孔隙率的影響 圖5為3種不同初始孔隙率的試樣在動(dòng)應(yīng)力比0.3和固結(jié)圍壓100 kPa下塑性累積應(yīng)變隨荷載循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律?？梢钥闯觯谠囼?yàn)加載初期，3種試樣的累積應(yīng)變均迅速增加，隨著循環(huán)次數(shù)的不斷增大，應(yīng)變衰減并逐漸趨于平緩。在相同的循環(huán)振次下，初始孔隙率越大的試樣產(chǎn)生的塑性累積應(yīng)變?cè)酱?，這是因?yàn)槌跏伎紫堵蚀蟮脑嚇用軐?shí)度相對(duì)較小，抗剪強(qiáng)度低，在相同的動(dòng)應(yīng)力下就會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形。由圖5還可以發(fā)現(xiàn)，初始孔隙率越大的試樣，其累積應(yīng)變曲線拐點(diǎn)出現(xiàn)越滯后。初始孔隙率0.65的試樣累積應(yīng)變曲線拐點(diǎn)出現(xiàn)在循環(huán)振次150次，初始孔隙率0.7的試樣累積應(yīng)變曲線拐點(diǎn)出現(xiàn)在循環(huán)振次300次，初始孔隙率0.75的試樣累積應(yīng)變曲線拐點(diǎn)出現(xiàn)在循環(huán)振次400次左右。

圖5 不同初始孔隙率下累積應(yīng)變隨循環(huán)振次的變化曲線Fig.5 Curves of cumulative strain with cyclic vibration times under different initial

2.1.3 固結(jié)圍壓的影響 圖6為初始孔隙率0.65的試樣在相同動(dòng)應(yīng)力比不同固結(jié)圍壓下的塑性累積應(yīng)變隨荷載循環(huán)次數(shù)的發(fā)展曲線。由圖6可以看出，3種圍壓下，試樣的累積應(yīng)變隨著循環(huán)振次的增加均表現(xiàn)出起始快速增長(zhǎng)，后增長(zhǎng)率減小，并逐漸趨于平穩(wěn)的特征，在相同的循環(huán)振次下，圍壓越大，試樣產(chǎn)生的塑性累積應(yīng)變?cè)酱?，這可以通過動(dòng)應(yīng)力比的定義來解釋，動(dòng)應(yīng)力比R=σd/2σ3，當(dāng)動(dòng)應(yīng)力比一定時(shí)，圍壓越大，作用在試樣上的動(dòng)偏應(yīng)力就越大，那么對(duì)于相同密實(shí)度的試樣來講，就會(huì)產(chǎn)生較大的塑性應(yīng)變；同樣可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生塑性應(yīng)變?cè)酱蟮脑嚇?，其?yīng)變曲線拐點(diǎn)的出現(xiàn)越滯后。

圖6 不同固結(jié)圍壓下累積應(yīng)變隨循環(huán)振次的變化曲線Fig.6 Curves of cumulative strain with cyclic vibration times under different consolidation confining

2.1.4 加載頻率的影響 圖7為固結(jié)圍壓為100 kPa，試樣軸向作用動(dòng)應(yīng)力比為0.3時(shí)，在加載頻率0.5、1.0、2.0 Hz作用下，試樣的不排水塑性累積應(yīng)變隨荷載循環(huán)次數(shù)的變化曲線。由圖7可以看出，在不同加載頻率作用下，飽和重塑紅黏土的塑性累積應(yīng)變變化趨勢(shì)是一致的，隨著荷載循環(huán)次數(shù)的不斷增大，塑性累積應(yīng)變均表現(xiàn)為一開始快速增大，后趨于平穩(wěn)；加載頻率越小，試樣達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的塑性累積應(yīng)變?cè)酱?，究其原因，在較小的振動(dòng)頻率下，飽和紅黏土可吸收較大的能量，其動(dòng)強(qiáng)度和阻尼比也較小[15]，此時(shí)試樣抵抗振動(dòng)變形的能力較差，因而會(huì)隨著循環(huán)振次的增加產(chǎn)生相對(duì)較大的累積應(yīng)變。

圖7 不同加載頻率下累積應(yīng)變隨循環(huán)振次的變化曲線Fig.7 Curves of cumulative strain with cyclic vibration times under different loading frequencies

2.1.5 排水條件的影響 圖8為不同排水條件下飽和重塑紅黏土塑性累積應(yīng)變大小的對(duì)比圖。顯然，無論是否排水，循環(huán)荷載作用下軸向累積應(yīng)變都隨著循環(huán)振次的增加而增大，增大速率隨著振次的增加有所衰減，最終趨于穩(wěn)定。在其他條件相同的情況下，試樣在不排水條件下產(chǎn)生的塑性累積應(yīng)變大于排水條件下產(chǎn)生的塑性累積應(yīng)變，隨著動(dòng)應(yīng)力比的增大，試樣的累積應(yīng)變也越大，這種變形大小的差異也越大。造成這種差異的原因在于試樣在不同排水條件下，軸向累積應(yīng)變產(chǎn)生的機(jī)理不同。在不排水條件下，試樣不產(chǎn)生體應(yīng)變，其軸向累積應(yīng)變的產(chǎn)生只是因豎向動(dòng)偏應(yīng)力而引起的，不同的是，在排水條件下，試樣軸向累積應(yīng)變的產(chǎn)生除了豎向動(dòng)偏應(yīng)力的作用外，還與孔壓消散引起的體應(yīng)變有關(guān)[16]。在較高的動(dòng)應(yīng)力比下，不排水時(shí)，試樣在循環(huán)加載過程中會(huì)產(chǎn)生較大的超孔隙水壓力，造成試樣極度軟化，從而產(chǎn)生很大的塑性變形甚至破壞；而此時(shí)排水情況下，伴隨著試樣中水分的緩慢排出，土體逐漸變得密實(shí)，強(qiáng)度有所提高。因此，排水條件下試樣的累積形變量會(huì)小于不排水條件下試樣的累積形變量。

圖8 不同排水條件下累積應(yīng)變隨循環(huán)振次的變化曲線Fig.8 Curves of cumulative strain with cyclic vibration times under different drainage conditions

圖9為排水條件下，不同動(dòng)應(yīng)力比對(duì)試樣體應(yīng)變的影響曲線。與動(dòng)應(yīng)力比對(duì)試樣塑性累積應(yīng)變的影響規(guī)律一致，在相同的動(dòng)應(yīng)力比下，試樣的體應(yīng)變隨著循環(huán)振次的增加而不斷增大；在相同的荷載循環(huán)作用次數(shù)下，動(dòng)應(yīng)力比越大，試樣產(chǎn)生的體應(yīng)變?cè)酱蟆?/p>

明確發(fā)展導(dǎo)向，扎實(shí)推進(jìn)“六個(gè)高質(zhì)量”。省委明確提出，把高質(zhì)量發(fā)展作為江蘇未來一個(gè)時(shí)期最鮮明的導(dǎo)向，力爭(zhēng)在高質(zhì)量發(fā)展上走在全國(guó)前列。在具體工作中，重點(diǎn)推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展高質(zhì)量、改革開放高質(zhì)量、城鄉(xiāng)建設(shè)高質(zhì)量、文化建設(shè)高質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境高質(zhì)量、人民生活高質(zhì)量。召開全省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)暨科技創(chuàng)新工作會(huì)議，大力推進(jìn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，深化科技體制機(jī)制改革，努力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，為推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展走在前列注入磅礴的科技動(dòng)力。把建設(shè)現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系作為七項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)之一，有針對(duì)性地解決好各類交通最突出的問題，實(shí)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通、相互支撐。

圖9 體應(yīng)變隨循環(huán)振次的變化曲線Fig.9 Variation curve of body strain with cyclic vibration times

2.2 滯回曲線分析

滯回曲線可以很好地反映土體在循環(huán)加載過程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，通過對(duì)滯回曲線線形形態(tài)的分析，可以從側(cè)面反映出土體強(qiáng)度的發(fā)展?fàn)顩r。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得出了試樣在不同動(dòng)應(yīng)力比條件下的應(yīng)力-應(yīng)變滯回曲線，由于試驗(yàn)結(jié)果排水條件對(duì)滯回曲線的發(fā)展規(guī)律影響不大，只作出了試樣在不排水條件下的應(yīng)力-應(yīng)變滯回曲線圖，如圖10(a)、圖11(a)、圖12(a)。為了更直觀地分析不同循環(huán)振次下滯回曲線的形態(tài)變化，作出部分循環(huán)振次下的滯回曲線，并省略掉產(chǎn)生的累積應(yīng)變，讓不同循環(huán)振次下的滯回曲線都從原點(diǎn)出發(fā)，得到圖10(b)、圖11(b)、圖12(b)。

圖10 動(dòng)應(yīng)力比為0.2時(shí)不排水條件下偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變 關(guān)系曲線Fig.10 Deflection stress-axial strain curve under undrained condition when dynamic stress ratio is

圖11 動(dòng)應(yīng)力比為0.25時(shí)不排水條件下偏應(yīng)力-軸向 應(yīng)變關(guān)系曲線Fig.11 Deflection stress-axial strain curve under undrained condition when dynamic stress ratio is 0.25

圖12 動(dòng)應(yīng)力比為0.3時(shí)不排水條件下偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變 關(guān)系曲線Fig.12 Deflection stress-axial strain curve under undrained condition when dynamic stress ratio is

從圖10(a)、圖11(a)、圖12(a)可以看出，偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變關(guān)系曲線表現(xiàn)為一系列封閉的滯回圈。試驗(yàn)加載初期，滯回曲線分布較為稀疏，后期則較為密集，說明試驗(yàn)加載初期試樣累積應(yīng)變?cè)黾友杆?，后期逐漸達(dá)到穩(wěn)定。在動(dòng)應(yīng)力比為0.2時(shí)，隨著應(yīng)變的不斷累積，滯回圈略有拉長(zhǎng)并偏向軸向應(yīng)變一側(cè)傾斜，單個(gè)循環(huán)周期內(nèi)滯回圈的面積也有所增大，隨著動(dòng)應(yīng)力比的增大，試樣軸向累積應(yīng)變也不斷增大，應(yīng)力-應(yīng)變滯回圈的這種變化也愈加明顯，傾斜程度和面積都越來越大，說明較大的動(dòng)應(yīng)力比增大了土體的軟化程度。但如圖10(b)、圖11(b)、圖12(b)所示，3 000次與5 000次循環(huán)下的滯回曲線幾乎重合，說明在較大的循環(huán)振次下，土體的應(yīng)變軟化程度減弱了。同時(shí)，在較大的動(dòng)應(yīng)力比下，由于超孔隙水壓力的不斷累積，使得紅黏土的強(qiáng)度和剛度大大降低，并產(chǎn)生了較大的不可恢復(fù)的殘余變形。因此，圖11(a)、圖12(a)沒有像圖10(a)那樣表現(xiàn)為一系列近似平行的曲線。

2.3 紅黏土殘余孔壓影響因素分析

不排水時(shí)，為了排除固結(jié)圍壓對(duì)試樣超孔隙水壓力的影響，對(duì)超孔隙水壓進(jìn)行歸一化研究，定義動(dòng)孔壓比U*=U/Pc=U/((σ1+2σ3)/3)，(U為超孔隙水壓力，σ1為軸向應(yīng)力，σ3為徑向應(yīng)力)。

2.3.1 動(dòng)應(yīng)力比的影響 圖13為不同動(dòng)應(yīng)力比下試樣動(dòng)孔壓比隨循環(huán)振次的變化曲線。由圖13可知，不同動(dòng)應(yīng)力比下飽和紅黏土的動(dòng)孔壓比都隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增大，在較大的循環(huán)次數(shù)后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折并逐漸趨向穩(wěn)定。在相同的循環(huán)次數(shù)下，動(dòng)應(yīng)力比越大，動(dòng)孔壓比就越大。

圖13 動(dòng)孔壓比隨循環(huán)振次的發(fā)展曲線(動(dòng)應(yīng)力比影響)Fig.13 Development curve of dynamic pore pressure ratio with cyclic vibration times (influence of dynamic stress ratio)

2.3.2 初始孔隙率的影響 圖14為不同初始孔隙率試樣的動(dòng)孔壓比隨循環(huán)振次的發(fā)展曲線。不難發(fā)現(xiàn)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，3組初始孔隙率試樣的動(dòng)孔壓比差值逐漸增大；隨著初始孔隙率的增大，動(dòng)孔壓比也逐漸增大，而且動(dòng)孔壓比達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)所需要的循環(huán)次數(shù)逐漸增大。初始孔隙率為0.65的試樣動(dòng)孔壓比達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)所需要的循環(huán)次數(shù)為1 000次；初始孔隙率為0.7的試樣動(dòng)孔壓比達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)所需要的循環(huán)次數(shù)為2 000次；初始孔隙率為0.75的試樣在循環(huán)次數(shù)為5 000次時(shí)動(dòng)孔壓比仍沒有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖14 動(dòng)孔壓比隨循環(huán)振次的發(fā)展曲線(初始孔隙率影響)Fig.14 Development curve of dynamic pore pressure ratio with cyclic vibration times (influence of initial porosity)

2.3.3 固結(jié)圍壓的影響 圖15為固結(jié)圍壓對(duì)試樣動(dòng)孔壓比的影響曲線圖?？梢钥闯?，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，不同固結(jié)圍壓下的試樣動(dòng)孔壓比均表現(xiàn)為先急速增長(zhǎng)后逐漸趨于平穩(wěn)；在相同的循環(huán)次數(shù)下，固結(jié)圍壓越大，試樣的動(dòng)孔壓比越大。

圖15 動(dòng)孔壓比隨循環(huán)振次的發(fā)展曲線(固結(jié)圍壓影響)Fig.15 Development curve of dynamic pore pressure ratio with cyclic vibration times (influence of consolidation confining pressure)

2.3.4 加載頻率的影響 圖16為加載頻率對(duì)試樣動(dòng)孔壓比的影響曲線圖。從圖16可以看出，加載頻率對(duì)試樣的殘余孔壓產(chǎn)生了很大的影響，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，不同加載頻率下的孔壓都是先快速增大，然后出現(xiàn)拐點(diǎn)，最終趨于穩(wěn)定；加載頻率越大，試樣產(chǎn)生的殘余孔壓越小，孔壓達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需要的循環(huán)次數(shù)也越小。加載頻率為0.5 Hz時(shí)，試樣孔壓達(dá)到穩(wěn)定所需要的循環(huán)次數(shù)是2 000次，加載頻率為1.0 Hz時(shí)，試樣孔壓達(dá)到穩(wěn)定所需要的循環(huán)次數(shù)是1 500次，加載頻率為2.0 Hz時(shí)，試樣孔壓達(dá)到穩(wěn)定所需要的循環(huán)次數(shù)是1 000次。

圖16 動(dòng)孔壓比隨循環(huán)振次的發(fā)展曲線(加載頻率影響)Fig.16 Development curve of dynamic pore pressure ratio with cyclic vibration times (influence of loading frequency)

3 結(jié)論

通過對(duì)南昌地區(qū)飽和重塑紅黏土的單向循環(huán)壓縮動(dòng)三軸試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論。

1)隨著動(dòng)應(yīng)力比的增大，塑性累積應(yīng)變也不斷增大，試樣由強(qiáng)化狀態(tài)向破壞狀態(tài)過渡；當(dāng)動(dòng)應(yīng)力比小于臨界動(dòng)應(yīng)力比時(shí)，塑性累積應(yīng)變?cè)酱螅瑧?yīng)變發(fā)展曲線拐點(diǎn)的出現(xiàn)越滯后；在相同的動(dòng)應(yīng)力比下，試樣初始孔隙率和固結(jié)圍壓越大，累積應(yīng)變?cè)酱螅虞d頻率越高，累積應(yīng)變反而越小，同時(shí)，不排水條件下的累積應(yīng)變要大于排水條件下的累積應(yīng)變。

2)通過對(duì)土體應(yīng)力-應(yīng)變滯回曲線的分析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)加載初期，滯回曲線分布較為稀疏，后期則較為密集；隨著循環(huán)振次的增加，滯回圈略有拉長(zhǎng)并偏向軸向應(yīng)變一側(cè)傾斜，單個(gè)循環(huán)周期內(nèi)滯回圈的面積也有所增大，動(dòng)應(yīng)力比越大，這種變化越顯著；隨著動(dòng)應(yīng)力比的增大，土體的軟化程度也越大，但在較高的循環(huán)振次下，軟化程度減弱。

3)各影響因素下試樣的動(dòng)孔壓隨荷載循環(huán)次數(shù)的發(fā)展曲線的形態(tài)特征基本一樣，均表現(xiàn)為起始快速增長(zhǎng)，然后出現(xiàn)拐點(diǎn)，最終趨于穩(wěn)定；試樣的動(dòng)孔壓比隨初始孔隙率、固結(jié)圍壓、動(dòng)應(yīng)力比的增大而增大，隨加載頻率的增大而減小；動(dòng)孔壓達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需要的荷載循環(huán)次數(shù)，不同的影響因素下表現(xiàn)不一。

以上結(jié)論的得出是動(dòng)應(yīng)力比小于臨界動(dòng)應(yīng)力比條件下的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于動(dòng)應(yīng)力比大于或等于臨界動(dòng)應(yīng)力比的情況，需另做研究。

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立不同影響因素下的紅黏土塑性累積應(yīng)變模型，由此可預(yù)估不同動(dòng)荷載作用下紅黏土路基的沉降量及達(dá)到穩(wěn)定變形時(shí)所需要的年限，這是接下來要進(jìn)行的研究工作。