主應力方向旋轉變化條件下飽和砂土的動力特性試驗研究.pdf

1、土的力學行為與加載路徑密切相關。與單向剪切相比，多向剪切會產生額外的塑性體積應變，在不排水條件下孔隙水壓力增長的速率較高，特別是在具有主應力軸連續旋轉特點的加載條件下，砂土抵抗液化的能力也將更低。主應力方向旋轉變化是地震、波浪等荷載作用下地基土體所受應力路徑的主要特征，但目前這方面的研究成果還較少，且在已有研究資料中，幾乎所有試驗都為圓形應力路徑試驗，對于更一般情況的橢圓形應力路徑試驗，則幾乎沒有相關研究資料。因此有必要對此種復雜應力條

2、件下土的力學行為進行研究。另外，實際中海床的初始應力狀態往往是各向異性的，作為海床與海洋建筑物地基穩定性評價中的一個基本而重要問題，探討砂土的變形與強度特性時必須考慮各向非均等的復雜初始應力狀態和復雜的循環應力變化模式。因此，本文結合國家自然科學基金重點項目“海洋土的工程特性及其地基的變形機理研究”(NO.50639010)和國家自然科學基金項目“復雜應力狀態下土的本構模型及其在海床動力學中的應用”(NO.50179006)，利用先進的

3、“土工靜力-動力液壓三軸-扭轉多功能剪切儀”，針對飽和砂土開展了考慮主應力方向旋轉變化的系列橢圓應力路徑試驗研究。主要研究內容和研究成果如下：
　　 1.進行了大量主應力軸連續旋轉條件下的橢圓應力路徑試驗，探討了不同橢圓應力條件下飽和砂土的變形與強度特性，其結果填補了以往僅進行圓形應力路徑試驗研究的不足。結果表明，與彈性解基礎上得到的偏應力保持不變的圓形應力路徑相比，橢圓應力路徑條件下的飽和砂土動強度發生較大范圍的變化，所得到的

4、變形性質也更為復雜。
　　 2.通過專門設計的對比試驗，系統地研究了主應力方向旋轉試驗中豎向偏差應力與剪應力幅值之比對飽和砂土動強度的影響。研究表明：當保證橢圓面積不變時，土樣會在豎向偏差應力與剪應力的幅值之比達到某一臨界值時表現出最高的強度，應力幅值之比偏離此臨界值越遠，土樣強度越低。初始主應力方向角、固結偏應力比與初始中主應力系數對此臨界值均存在影響，文中給出了相應的取值范圍。
　　 3.研究了復雜初始應力狀態下飽和

5、砂土的動強度特性。研究表明：初始主應力方向角與固結偏應力比對飽和砂土的動強度影響顯著，而初始中主應力系數的影響不大。文中給出了飽和砂土動強度隨各因素變化的參考幅度。
　　 4.研究了復雜初始應力狀態下飽和砂土的動應變特性，分析初始主應力方向角、固結偏應力比、初始中主應力系數以及動應力幅值等因素對飽和砂土的動應變發展的影響。研究表明：非均等固結條件下，固結偏應力比對廣義剪應變增長模式影響最為顯著；初始主應力方向角對飽和砂土應力，應

6、變關系特性影響最大。通過對大量試驗數據的回歸分析，得到一個可以描述不同固結偏應力比條件下累積廣義剪應變隨振次增長趨勢的統一公式。
　　 5.分析孔隙水壓力發展的時程曲線，研究飽和砂土的動孔隙水壓力增長特性，分析各種因素對動孔隙水壓力增長特性的影響。研究表明：非均等固結條件下，固結偏應力比對歸一化后的孔隙水壓力隨振次增長模式影響最為顯著；不同固結條件下的歸一化孔隙水壓力隨應變增長模式卻基本相同。建立了復雜應力條件下飽和砂土孔隙水壓