论文部分内容阅读
本文以天津滨海新区的海积软黏土为对象，以室内土工试验为手段，研究了软黏土在不同加荷方式下的力学特性，探讨了土体结构性和结构损伤的评价方法，以及不同加荷模式下的结构损伤规律。在此基础上，建立了反映不同损伤模式的结构性黏土扰动状态模型。所得结论如下：
⑴开展了原状和重塑软黏土的应力路径试验，通过控制不同的加荷应力比与剪切速率，研究了软黏土在不同加荷路径下的力学特性。发现固结不排水条件下，加荷路径不同，原状土的有效应力路径、应力应变曲线形态差别明显;对于加荷应力比为正值的压缩路径，孔压随应变正向增大至稳定;加荷应力比为负值的压缩路径，随加荷应力比不同，孔压可能负向增大，也可能由正向增大变为减小;各路径下原状土和重塑土的总内摩擦角有较大不同，但有效应力强度指标无明显差别。
⑵根据应力路径试验结果，分析了软黏土的应力应变关系、切线模量、孔压特性与应力路径的关联性。结果显示不排水条件下，在0.25π≤θ≤0.75π的试验范围内，随着应力路径方向角θ的增大，初始切线模量逐渐增大，极限强度先增大后减小，在θ=0.44π～0.56π间存在峰值;单位剪应力产生的孔压u/dq与单位球应力产生的孔压u/dp线性相关，相关系数随应力路径方向角θ线性变化。
⑶开展了原状软黏土的环剪试验，研究了软黏土内部以及桩土界面在大变形下的力学特性。结果表明，桩土界面抗剪强度及强度指标大于土体内部;剪速越大，桩土界面的峰值抗剪强度及内摩擦角越大，残余抗剪强度及内摩擦角基本无变化;桩周土再固结后剪切，峰值强度降低，残余强度及内摩擦角升高。
⑷区分了两种定义的土体损伤，类比了土体损伤评价方法的有效性。结果表明，一般意义损伤由土颗粒滑移和结构破损引起，损伤大部分发生在2％应变之前;结构性损伤只由结构破损引起，损伤大部分发生在6％应变之前;应力比结构性参数可全面动态的反映结构的可稳性和可变性，量测简单，适用性好。
⑸提出了新的结构性衰减函数，基于原状土和重塑土不同加荷条件下的试验结果，研究了软黏土结构损伤的影响因素。提出的结构性随应变的衰减函数(m=aexp(-bεc)+1)可反映平缓-加速-平缓的三阶段损伤模式，也可反映加速-平缓的二阶段损伤模式。
⑹软黏土结构性损伤的影响因素包括应力水平、含水率变化及荷载作用时间:固结压力小于结构屈服应力时，结构损伤发展基本不受固结压力影响;固结压力大于结构屈服应力时，固结压力越大，初始结构性越小，结构损伤发展越慢;压缩路径θ=0.47π～0.63π范围内土体的加速阶段损伤速率较快;相同的加荷应力比绝对值下，压缩路径的加速阶段损伤速率大于拉伸路径，压缩路径中增p路径的加速阶段损伤速率大于减p路径，拉伸路径中减p路径的加速阶段损伤速率大于增p路径;提高剪切速率或设置排水条件，可使土体的加速阶段损伤速率减小，一二阶段间界限更加明显，土体向脆性破坏方向发展。
⑺根据所提出的结构性衰减函数，建立了结构性软黏土的扰动状态模型;模型可反映固结不排水条件下结构性黏土在不同加荷路径下的力学特性和损伤演化特性。