李修磊，施建勇，李玉萍

(1.山區(qū)公路水運(yùn)交通地質(zhì)減災(zāi)重慶市高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶交通大學(xué))，重慶 400074；2.河海大學(xué) 巖土工程科學(xué)研究所，南京 210098)

生活垃圾作為填埋場的主體部分，其力學(xué)特性與填埋場的整體穩(wěn)定密切相關(guān)[1-5]。垃圾土屬于典型的各向異性復(fù)合材料，主要為纖維材料(如塑料、紡織物及皮革等)和類土材料(除纖維之外的其他材料)。由于降解作用，隨填埋時(shí)間單位體積垃圾土中類土材料所占的比例會(huì)逐漸減小[6]。一些學(xué)者[7-14]已對(duì)影響垃圾土力學(xué)特性的相關(guān)因素開展了研究，如成分組成、密度、含水量、降解程度、圍壓以及加載速率等。Karimpour-Fard等[7-9]的三軸試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)結(jié)果均表明，垃圾土的剪切強(qiáng)度特性隨著密度、纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)、圍壓、加載速率以及超固結(jié)比的增加均有不同程度的增大；陳云敏等[10-12]的試驗(yàn)結(jié)果表明，垃圾土的整體剪切強(qiáng)度隨填埋時(shí)間或降解程度的增加而增大，而黏聚力和內(nèi)摩擦角分別有減小和增大的趨勢；Pulat等[13-14]的直剪試驗(yàn)結(jié)果表明，垃圾土的剪切強(qiáng)度隨著垃圾土中可降解有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減??；張振營等[15]開展了垃圾土的三軸不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水和固結(jié)排水試驗(yàn)，得到了不同條件下垃圾土的強(qiáng)度取值范圍。綜上，針對(duì)垃圾土力學(xué)特性的研究主要采用直剪試驗(yàn)、單剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)，直(單)剪試驗(yàn)所得垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系近似雙曲線變化，水平位移較大時(shí)逐漸趨近于水平[9-11,16-17]；不同尺寸三軸試驗(yàn)所得垃圾土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系具有相同的曲線形狀，均表現(xiàn)為持續(xù)硬化特征，應(yīng)變水平較大時(shí)曲線有明顯上翹，應(yīng)變超過30%后仍未達(dá)到峰值或極限破壞[7-8,15,18-20]。Karimpour-Fard等[7,18]的三軸試驗(yàn)結(jié)果表明，無纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)垃圾土樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀與直剪結(jié)果類似，纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高曲線上翹越顯著。文獻(xiàn)[9,21]將直剪試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)結(jié)果的差異歸因于垃圾填埋或試樣制備過程中纖維材料近似水平趨向，與直剪試驗(yàn)的剪切面近似平行，導(dǎo)致纖維材料的加筋作用得不到充分發(fā)揮。

綜上，有關(guān)垃圾土應(yīng)力-應(yīng)變特性影響因素的研究成果已較為豐富。填埋過程中，垃圾土可能會(huì)有多種應(yīng)力狀態(tài)，壓縮應(yīng)力、拉伸應(yīng)力、加載以及卸載的情況均有可能出現(xiàn)，而常規(guī)三軸試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)很難完全反映不同應(yīng)力狀態(tài)下垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變特性。文獻(xiàn)[8]指出應(yīng)力路徑也是影響垃圾土力學(xué)特性的主要因素之一，而目前鮮有關(guān)于垃圾土應(yīng)力路徑的研究成果。因此，本文將對(duì)垃圾土重塑樣開展不同應(yīng)力路徑下的三軸試驗(yàn)，以便更深入地認(rèn)知垃圾土力學(xué)特性。

1 試 驗(yàn)

1.1 垃圾土試樣制備

試驗(yàn)采用現(xiàn)場垃圾土制備的重塑樣，垃圾樣取自江蘇鹽城市郊外一生活垃圾填埋場，將現(xiàn)場鉆孔取得的垃圾土樣裝入密封性良好的塑料桶內(nèi)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室；然后，將原始垃圾中尺寸較大的物體去除，如塑料瓶、大塊的紡織物、木頭、磚頭、石塊、玻璃等；再將剩余的垃圾放置在60 ℃的烘箱中至恒質(zhì)量；最后，測到垃圾土的含水率為54.8%，分揀得到垃圾土中各成分所占干質(zhì)量分?jǐn)?shù)(見表1)。其中，泥狀物主要是有機(jī)質(zhì)成分(占52.3%)，包括未完全降解的食物垃圾及其他無法識(shí)別的成分。

表1 垃圾土的成分組成

根據(jù)CJJ/T 204—2013《生活垃圾土土工試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》，按照表1采用人工方式制備三軸試驗(yàn)所需要的垃圾土重塑樣(見圖1)。由于三軸儀型號(hào)尺寸的限制，所制備重塑垃圾土試樣的直徑為40 cm、高度為86 cm，最大顆粒粒徑不超過10 mm，較長的纖維材料需剪成短纖維，其長度控制在試樣直徑的1/3以內(nèi)。確保垃圾土重塑試樣具有相同的初始狀態(tài)，干密度為0.69 g/cm3，孔隙比為2.0。

圖1 人工制備的垃圾土試樣

試驗(yàn)儀器采用GDS應(yīng)力路徑三軸儀，對(duì)制備的垃圾土樣開展不同應(yīng)力路徑下的三軸試驗(yàn)，該儀器提供了包括試樣飽和、固結(jié)、應(yīng)力路徑、高級(jí)加載以及標(biāo)準(zhǔn)加載試驗(yàn)等多個(gè)試驗(yàn)?zāi)K，可通過需要設(shè)置控制參數(shù)，自動(dòng)完成不同試驗(yàn)內(nèi)容。試驗(yàn)之前，通過設(shè)定圍壓和軸壓的變化關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)力路徑的三軸試驗(yàn)。

三軸試驗(yàn)過程中，可以直接測得垃圾土樣受到的軸向應(yīng)力σ1、側(cè)向應(yīng)力σ3、軸向應(yīng)變?chǔ)臿和體應(yīng)變?chǔ)舦。則對(duì)應(yīng)的平均正應(yīng)力p、偏應(yīng)力q、應(yīng)力比η、徑向應(yīng)變?chǔ)舝和剪應(yīng)變?chǔ)舠分別表示為

p=(σ1+2σ3)/3,q=σ1-σ3,η=q/p

(1)

(2)

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)之前，采用真空抽氣飽和、水頭飽和及反壓飽和3種方式對(duì)垃圾土試樣進(jìn)行充分飽和，具體步驟如下：首先將制備好的試樣放入真空缸內(nèi)，真空壓力接近一個(gè)負(fù)的大氣壓并維持1 h后，打開吸水閥門使無氣水真空缸內(nèi)水位至淹沒試樣，維持8 h后打開真空缸空氣閥門，使空氣緩慢進(jìn)入真空壓力缸內(nèi)；然后，將試樣從真空壓力缸內(nèi)取出放入三軸壓力室內(nèi)并進(jìn)行水頭飽和，進(jìn)水管與出水管高度差保持1.0 m，當(dāng)進(jìn)水量和出水量相等時(shí)水頭飽和完成；再次，對(duì)試樣進(jìn)行反壓飽和，先是對(duì)垃圾土試樣施加10 kPa的圍壓，打開孔壓閥門，記錄孔壓穩(wěn)定后的讀數(shù)，關(guān)閉孔壓閥門，然后分級(jí)施加反壓并同時(shí)分級(jí)施加圍壓，每級(jí)增量為20 kPa，同樣記錄孔壓穩(wěn)定后的讀數(shù)，經(jīng)過兩級(jí)施加后，當(dāng)圍壓引起的孔壓增量與圍壓增量之比大于0.95時(shí)，認(rèn)為試樣飽和完成；最后，對(duì)完成飽和的垃圾土樣進(jìn)行排水固結(jié)，每分鐘的排水量小于試樣體積的0.05%時(shí)認(rèn)為試樣固結(jié)完成，方可開展排水條件下的不同應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)。

垃圾土試樣在100 kPa的圍壓下固結(jié)完成后，共設(shè)計(jì)9條應(yīng)力路徑開展排水三軸試驗(yàn)，反映在p-q應(yīng)力空間上，如圖2所示。這9條應(yīng)力路徑可劃分為壓縮應(yīng)力路徑(包括IC0、IC45、IC72、IC90、IC108和IC124)和伸長應(yīng)力路徑(包括IC252、IC270和IC304)。其中，IC72和IC252、IC90和IC270以及IC124和IC304之間的夾角在p-q應(yīng)力空間上均為180°。以IC45路徑為例，IC表示等壓固結(jié)，“45”表示應(yīng)力路徑與p軸正方向的夾角，用θ表示。其他信息見表2。

圖2 三軸應(yīng)力路徑試驗(yàn)方案

根據(jù)表2可以將圖1中的9條應(yīng)力路徑劃分為3大類：圍壓增量Δσ3≥0的壓縮應(yīng)力路徑，包括IC0、IC45和IC72路徑；圍壓增量Δσ3<0的壓縮應(yīng)力路徑，包括IC90、IC108和IC124路徑；偏應(yīng)力增量Δq<0的伸長應(yīng)力路徑，包括IC252、IC270和IC304。

表2 三軸應(yīng)力路徑試驗(yàn)說明

2 垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

2.1 圍壓增量Δσ3≥0的壓縮應(yīng)力路徑

在IC0、IC45和IC72 3種路徑試驗(yàn)中，當(dāng)平均正應(yīng)力增量為Δp時(shí)，偏應(yīng)力增量Δq分別為0、Δp和3Δp。圖3給出了3種Δσ3≥0的壓縮路徑IC0、IC45和IC72試驗(yàn)所得垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。由于IC0路徑中偏應(yīng)力q=0，圖3(a)和(c)分別給出了相應(yīng)的p-εa和εv-εa關(guān)系曲線。由圖3(a)可以看出，IC0、IC45和IC72路徑試驗(yàn)所得的p-εa關(guān)系曲線均類似于開口向上的拋物線形狀，p相同時(shí)，IC0、IC45和IC72路徑對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變依次增大(即平均正應(yīng)力增量Δp相同的情況下，偏應(yīng)力增量Δq越大，對(duì)應(yīng)的壓縮變形越大)，說明IC45和IC72路徑試驗(yàn)中偏應(yīng)力q的增加會(huì)促進(jìn)垃圾土的軸向壓縮變形。

圖3(b)給出了IC45和IC72路徑試驗(yàn)所得垃圾土的q-εa關(guān)系曲線?？梢钥闯?，IC45和IC72兩種路徑下垃圾土的q-εa關(guān)系曲線在初始段近似線性增加，軸向應(yīng)變?chǔ)臿較大時(shí)曲線明顯上翹，沒有出現(xiàn)峰值或趨于漸近值的跡象，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變硬化特征；相比IC72路徑，IC45路徑下垃圾土的q-εa曲線出現(xiàn)上翹較早，且翹曲更顯著。由圖3(b)還可看出，軸向應(yīng)變?chǔ)臿<20%時(shí)，IC45路徑試驗(yàn)所得q-εa曲線位于IC72試驗(yàn)所得結(jié)果的下方，而隨著εa的增加，IC45試驗(yàn)所得q-εa曲線又逐漸變化到位于IC72試驗(yàn)結(jié)果的上方。主要有以下兩個(gè)方面的原因：其一，垃圾土為高壓縮性材料，在初始加載階段，IC45試驗(yàn)中較大的p使得垃圾土中孔隙減小的速度相對(duì)較快，因而相同軸向應(yīng)變IC45試驗(yàn)比IC72試驗(yàn)所需的q更小；其二，應(yīng)變水平增加到一定程度后，IC45試驗(yàn)中圍壓增量Δσ3>0(IC72試驗(yàn)中Δσ3=0)使得垃圾土的壓縮變形更大，所以，纖維材料與其他顆粒成分之間的接觸更緊密，形成較強(qiáng)的摩擦力和機(jī)械咬合力，纖維材料也就能夠更好地發(fā)揮加筋效果，顯著提高垃圾土的剪切強(qiáng)度，導(dǎo)致后期相同軸向應(yīng)變IC45試驗(yàn)比IC72試驗(yàn)所需的q更大。

圖3 Δσ3≥0的壓縮路徑下垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

圖3(c)給出了IC0、IC45和IC72 3種路徑試驗(yàn)下垃圾土的εv-εa關(guān)系曲線?？梢钥闯?，隨著軸向應(yīng)變?chǔ)臿的增加，垃圾土的體應(yīng)變?chǔ)舦持續(xù)增加；εa相同的情況下，IC0、IC45和IC72路徑試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的體應(yīng)變?chǔ)舦依次減小，說明IC0和IC45中圍壓的增加加劇了垃圾土的壓縮變形。

2.2 圍壓增量Δσ3<0的壓縮應(yīng)力路徑

在IC90、IC108和IC124 3種應(yīng)力路徑試驗(yàn)過程中，當(dāng)圍壓減小Δσ3時(shí)對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)力σ1分別增加2Δσ3、0.5Δσ3和0，其中IC90為等p壓縮路徑。圖4給出了3種Δσ3<0壓縮路徑IC90、IC108和IC124試驗(yàn)所得垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。由圖4(a)可以看出，上述3種路徑試驗(yàn)所得垃圾土的偏應(yīng)力在初始段快速增加，隨著軸向應(yīng)變?chǔ)臿的增加增幅逐漸減小，最后趨于漸近值，垃圾土的q-εa關(guān)系并沒有出現(xiàn)上翹曲線形狀，而是類似雙曲線變化。

圖4 Δσ3<0的壓縮路徑下垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

由圖4(b)可知，雖然IC90、IC108和IC124屬于平均正應(yīng)力增量Δp≤0，但這3種路徑下垃圾土的體應(yīng)變?nèi)匀粸檎?，說明試驗(yàn)過程中偏應(yīng)力q的增加對(duì)體積變化有重要影響；垃圾土的體應(yīng)變?chǔ)舦在初始段隨εa增加而增大，εa增大到一定時(shí)，εv幾乎不變保持為定值，明顯不同于IC45和IC72路徑的試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)比圖4(b)和圖3(c)可知，εa相同時(shí)，IC90、IC108和IC124的體應(yīng)變遠(yuǎn)小于Δσ3≥0的IC45和IC72壓縮路徑，說明IC90、IC108和IC124試驗(yàn)中圍壓的減小會(huì)使垃圾土樣受到的側(cè)向約束逐漸減弱以及壓縮變形量減小，進(jìn)而導(dǎo)致垃圾土中的纖維材料與其他材料難以形成較強(qiáng)的機(jī)械咬合力，纖維材料也就難以充分發(fā)揮相應(yīng)的加筋效果。

2.3 伸長應(yīng)力路徑

在IC252、IC270和IC304 3種應(yīng)力路徑試驗(yàn)過程中，當(dāng)偏應(yīng)力減小|Δq|時(shí)，對(duì)應(yīng)的平均正應(yīng)力增量Δp分別為-|Δq|/3、0和2|Δq|/3，對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)力增量 Δσ1分別為-|Δq|、-2|Δq|/3和0，其中，IC270為等p伸長路徑。圖5給出了3種拉伸路徑下垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。

由圖5(a)可以看出，垃圾土偏應(yīng)力的絕對(duì)值|q|隨著軸向應(yīng)變絕對(duì)值|εa|的增加而增大，且增加的幅度逐漸減緩，其|q|-|εa|關(guān)系同樣類似雙曲線形狀；εa相等時(shí)，IC252、IC270和IC304試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的|q|依次增加，這是因?yàn)槠珣?yīng)力q相等的情況下軸向應(yīng)力σ1減小的幅度依次減小，也說明了垃圾土樣的伸長量取決于σ1減小的幅度。

圖5 伸長路徑下垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

由圖5(b)可知，IC252路徑試驗(yàn)所得垃圾土的體應(yīng)變?chǔ)舦為負(fù)值是平均正應(yīng)力p的持續(xù)減小所致；IC270試驗(yàn)的體應(yīng)變非常小，接近為0，原因在于該路徑試驗(yàn)過程中p保持不變；而IC304試驗(yàn)的體應(yīng)變隨著軸向應(yīng)變?chǔ)臿的減小呈逐漸增大趨勢，原因在于該路徑試驗(yàn)中p是持續(xù)增加的，而p與垃圾土的體積變化密切相關(guān)。

3 垃圾土與砂土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系比較

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[22-23]報(bào)道，砂土與垃圾土具有相近的滲透系數(shù)(10-1～10-4cm/s)，兩種土體最大的差異在于垃圾土中含有大量的纖維材料，以下將對(duì)不同應(yīng)力路徑下垃圾土與砂土之間應(yīng)力-應(yīng)變特性的差異性進(jìn)行分析，進(jìn)而揭示垃圾土中纖維材料在不同應(yīng)力路徑下起到的加筋作用效果。許成順[24]、曹培[25]和孔亮等[26]分別針對(duì)3種砂土進(jìn)行了固結(jié)圍壓為100 kPa下三軸應(yīng)力路徑試驗(yàn)，3種砂土的相對(duì)密實(shí)度分別為60%、45%和48%。

圖6 IC72和IC252路徑下垃圾土和砂土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

圖7 IC90和IC270路徑下垃圾土和砂土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

圖8 IC124和IC304路徑下垃圾土和砂土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

由圖6(b)、7(b)和8(b)中IC72、IC90和IC124試驗(yàn)的εv-εa關(guān)系曲線可知，3種壓縮路徑下砂土表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變軟化和剪脹特性，而垃圾土具有顯著的應(yīng)變硬化和剪縮特性；伸長路徑IC252和IC270試驗(yàn)下垃圾土和砂土的體應(yīng)變?chǔ)舦隨軸向應(yīng)變?chǔ)臿的變化趨勢基本一致。但是，對(duì)于IC304路徑試驗(yàn)，εa相同的情況下，垃圾土的體應(yīng)變?chǔ)舦遠(yuǎn)大于砂土，主要是圍壓的增加導(dǎo)致了垃圾土中孔隙的快速減少，與垃圾土的高壓縮特性有關(guān)。

4 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型

不同路徑試驗(yàn)所得垃圾土的η-εa關(guān)系曲線如圖9所示?？梢钥闯?，5種壓縮路徑(應(yīng)力比η和軸向應(yīng)變?chǔ)臿均為正值)和3種伸長路徑(η和εa均為負(fù)值)下垃圾土的應(yīng)力比絕對(duì)值|η|均表現(xiàn)為隨軸向應(yīng)變絕對(duì)值|εa|增加而增大的變化趨勢，且|η|增大的幅度在逐漸減?。沪窍嗤瑫r(shí)，5種壓縮應(yīng)力路徑(IC45、IC72、IC90、IC108和IC124)試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的εa依次減小。

根據(jù)圖9中不同應(yīng)力路徑下垃圾土應(yīng)力比η隨軸向應(yīng)變?chǔ)臿的變化關(guān)系，可采用雙曲線模型對(duì)其進(jìn)行描述，見式(3)，也可將式(3)轉(zhuǎn)化為直線方程，見式(4)。其中，截距為a，斜率b對(duì)應(yīng)應(yīng)力比η極值的倒數(shù)。

(3)

(4)

不同應(yīng)力路徑下垃圾土的η-εa試驗(yàn)曲線與模型計(jì)算值的對(duì)比，如圖9所示，相關(guān)數(shù)學(xué)模型參數(shù)見表3。由圖9和表3可以看出，試驗(yàn)曲線與模型計(jì)算值有較高的相關(guān)性；對(duì)于5種壓縮路徑(IC45、IC72、IC90、IC108和IC124)，對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)a和b均呈依次減小趨勢；對(duì)應(yīng)的3種拉伸路徑(IC252、IC270和IC304)，模型參數(shù)a依次增大，b先增大后減小。也說明采用雙曲線能夠很好地描述不同應(yīng)力路徑下垃圾土η-εa的關(guān)系。a、b與夾角θ之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

表3 不同應(yīng)力路徑下垃圾土的模型參數(shù)

圖9 不同應(yīng)力路徑下垃圾土的應(yīng)力比與軸向應(yīng)變的關(guān)系

(5)

b=θ[2.935(50|sinθ|/θ)3-3.925(50|sinθ|/θ)2+

1.743(50|sinθ|/θ)-0.24],R2=0.987

(6)

5 垃圾土的屈服特性

屈服狀態(tài)的確定是在彈塑性力學(xué)框架下量化土體變形特性的一種有效方法，有關(guān)普通土體的屈服特性已有學(xué)者[27-28]進(jìn)行了詳細(xì)研究。“屈服”通常定義為土體應(yīng)力-應(yīng)變曲線偏離初始線性變化的突變點(diǎn)。屈服點(diǎn)是應(yīng)力-應(yīng)變曲線彎曲段屈服前后外延線夾角的平分線與試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)。另外，利用應(yīng)變能W與應(yīng)力比η之間的關(guān)系也是確定屈服點(diǎn)常用的方法[29]。對(duì)于每一種應(yīng)力路徑，本文也將采用W-η的關(guān)系確定垃圾土的屈服點(diǎn)。為了增加可信性，還會(huì)采用q-εs、p-εv、η-εs和η-εv曲線作為輔助。將屈服點(diǎn)繪制于p-q應(yīng)力空間上，進(jìn)而得到垃圾土的屈服面形狀。

總應(yīng)變能W為體積應(yīng)變能Wv與剪切應(yīng)變能Ws之和，其積分形式為

(7)

為了方便計(jì)算，體積應(yīng)變能Wv與剪切應(yīng)變能Ws的增量形式為

(8)

(9)

基于上述確定屈服點(diǎn)的方法，得到了等壓固結(jié)條件下垃圾土在p-q應(yīng)力空間上的屈服面(即狀態(tài)邊界面)形狀，如圖10所示。IC0、IC45和IC72路徑試驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變硬化特征，并沒有衰減發(fā)生屈服的跡象，因而這3種路徑下應(yīng)力-應(yīng)變曲線的突變點(diǎn)并不是真正意義上的屈服點(diǎn)。其他路徑對(duì)應(yīng)的屈服點(diǎn)均與普通土體相似。由圖10可以看出，垃圾土的狀態(tài)邊界面在p-q應(yīng)力空間上類似于傾斜的橢圓，并不是關(guān)于等向壓縮路徑IC0(即p軸)對(duì)稱，等向壓縮固結(jié)線更靠近于伸長應(yīng)力路徑對(duì)應(yīng)的屈服軌跡。以上說明，在試驗(yàn)過程中垃圾土樣未達(dá)到屈服之前就已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的各向異性，尤其是垃圾土樣中纖維材料水平趨向的橫向結(jié)構(gòu)性在IC45和IC72路徑試驗(yàn)過程中變得更加明顯。

圖10 垃圾土在p-q應(yīng)力空間上的狀態(tài)邊界面

由前述垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變和屈服特性可知，垃圾土表現(xiàn)出明顯的各向異性，不同應(yīng)力路徑下纖維材料在垃圾土中起到的加筋作用存在顯著的差異性。因而，考慮垃圾土的各向異性以及應(yīng)力路徑對(duì)纖維材料所起加筋作用的影響，對(duì)于構(gòu)建垃圾土的本構(gòu)模型具有重要意義。

6 結(jié) 論

1)通過三軸應(yīng)力路徑試驗(yàn)研究了等壓固結(jié)條件下垃圾土應(yīng)力-應(yīng)變特性，發(fā)現(xiàn)只有Δσ3≥0的壓縮路徑試驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)出增長性上翹的曲線特征，具有顯著的應(yīng)變硬化特征；無論是Δσ3<0的壓縮路徑還是Δq<0伸長路徑下垃圾土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出類似雙曲線的形狀，與砂土的性質(zhì)相似。通過對(duì)比砂土的應(yīng)力-應(yīng)變特性發(fā)現(xiàn)，垃圾土中的纖維材料只有在Δσ3≥0的壓縮路徑試驗(yàn)中能夠起到顯著的加筋作用；Δσ3<0的壓縮路徑下纖維材料起到的加筋作用相對(duì)很弱，且隨圍壓減小速率的增加逐漸減弱；Δq<0的伸長路徑下纖維材料很難起到加筋作用。壓縮路徑下，垃圾土表現(xiàn)為明顯的剪縮性，而砂土的剪脹性比較突出。

2)通過分析不同應(yīng)力路徑下垃圾土應(yīng)力比隨軸向應(yīng)變的變化規(guī)律，給出了統(tǒng)一描述垃圾土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。

3)等壓固結(jié)條件下垃圾土狀態(tài)邊界面的形狀類似于傾斜的橢圓，并不關(guān)于等壓固結(jié)線p軸對(duì)稱，而是更靠近于伸長路徑，可歸因于不同路徑下纖維材料所起加筋作用差異性所致。構(gòu)建垃圾土的本構(gòu)模型時(shí)，需同時(shí)考慮垃圾土的各向異性以及應(yīng)力路徑對(duì)纖維加筋作用的影響。