海相软土力学响应及加载速率效应研究

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海相软土广泛分布于我国东南沿海,是一种具有成因特性和区域性的结构性软土。随着沿海城市的不断扩张,基础建设工程涉及的海相软土工程特性问题愈发受到学者的关注。其中海相软土的加载速率效应对工程实际具有十分重要的意义,但目前加载速率效应的研究多集中于砂土,少量有关软土加载速率效应的研究也局限于某种特定的应变速率或者人工制备的土样,很少考虑不同应变率对海相软土力学特性的影响。  本文首先综述了海相软土在加载速率特性、真三轴试验研究以及微观变形分析等方面的研究现状;再使用SPAX-2000改进型静动真三轴仪对南沙区某场地海相软土(含水量为85.72%、孔隙比为2.24)进行不同围压(100kPa、150 kPa、200 kPa)、不同中主应力(120 kPa、175 kPa、230 kPa)和不同应变速率(10-6/s、0.8×10-5/s、10-4/s、0.5×10-3/s、10-2/s、10-1/s)作用下的固结不排水剪切试验,研究其在剪切过程中的力学响应规律。同时,取不同剪切阶段的试样分别进行电镜扫描和核磁共振试验,以探究试样的微观变形机理;最后基于试验数据建立考虑应变速率的孔压经验模型。  本文主要研究成果如下:  1.真三轴CU试验方面:  (1)相同中主应力和围压作用下,试样不排水抗剪强度值随着应变速率的提高而不断增大。当中主应力分别为120kPa、175kPa、230kPa(固结应力比为1.2)时,应变速率每提高一个数量级时对应的不排水抗剪强度相应增长16.032%、12.831%、7.823%,说明低中主应力作用下应变速率的提高对强度值的影响更明显。  (2)试样孔压发展受应变速率的影响明显,当中主应力为175kPa、围压为150kPa时,存在一个应变速率阈值0.8×10-5/s,当应变速率低于此阈值时,随着应变速率提高,各土样剪切阶段所达到的最大孔压逐渐增大,反之逐渐减小。  2.剪切阶段微观分析方面:  (3)当围压为150kPa、中主应力为175kPa、剪切应变速率为10-4/s时,试样在剪切阶段存在一个轴向应变阈值4%,当轴向应变小于此阈值时,随着轴向应变的增大,试样的整体孔径逐渐减小,反之逐渐增大。且各剪切阶段的孔径都集中分布在1~20μm之间,占总孔隙比例均超过92%。  (4)围压为150kPa、中主应力为175kPa时,海相软土试样在不同应变速率(10-6/s、0.8×10-5/s、10-4/s、0.5×10-3/s和10-1/s)下剪切至破坏,剪切速率越慢,试样整体孔径越小,孔隙分布越集中,以中孔隙(1μm≤r≤20μm)为主,其占总孔隙的比例均超过92%,最大达到94.607%。且各试样小孔隙(r<1μm)所占总孔隙的比例随应变速率的加快而不断降低,中孔隙(1μm≤r≤20μm)和大孔隙(20μm
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