上海第④層粘土在不同應(yīng)力路徑下的力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)與統(tǒng)一本構(gòu)模擬.pdf

1、上海粘土的物理力學(xué)特性已有許多研究成果，但是第④層土的結(jié)構(gòu)性鮮有學(xué)者進(jìn)行全面的研究。而結(jié)構(gòu)性的存在會(huì)導(dǎo)致原狀土在不同應(yīng)力路徑下表現(xiàn)出與重塑土完全不同的力學(xué)特性，故研究上海第④層粘土在不同應(yīng)力路徑下的力學(xué)特性及統(tǒng)一本構(gòu)模擬可以為實(shí)際工程提供理論基礎(chǔ)，具有十分重要的意義。
　　本文利用塊狀和薄壁取土法取得上海不同區(qū)域的第④層土，對其進(jìn)行了常規(guī)固結(jié)、三軸剪切、真三軸剪切等不同應(yīng)力路徑實(shí)驗(yàn)，研究了第④層原狀與重塑粘土在不同應(yīng)力路徑下的力學(xué)

2、特性特性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對 TS-Zhang模型進(jìn)行了一定程度的修正，使之更能適合上海軟粘土在不同應(yīng)力路徑下的力學(xué)特性曲線。提出了新的參數(shù)確定方法，統(tǒng)一本構(gòu)模擬過程。同時(shí)利用SEM電鏡掃描實(shí)驗(yàn)研究了第④層土在固結(jié)過程中土顆粒、孔隙的變化情況。主要的研究成果如下：
　　（1）原狀土的一維固結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，上海第④層原狀土沿各個(gè)方向的壓縮指數(shù)不相同，其中0°方向大于大于90°方向壓縮指數(shù)，這說明了上海第④層粘土具有初始各向異性。土體微

3、觀 SEM圖片表明上海第④層粘土顆粒呈薄片狀，0°方向薄片顆粒之間以面與面接觸為主。90°方向以邊與邊的接觸為主，微觀構(gòu)成的不同造成了土體的宏觀初始各向異性。從壓縮指數(shù)方面推斷，顆粒之間的面與面的接觸穩(wěn)定性要強(qiáng)于邊與邊的接觸。
　　（2）三軸剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，上海第④層軟粘土在剪切過程中會(huì)同時(shí)受到超固結(jié)比消散與結(jié)構(gòu)衰減的影響。統(tǒng)一本構(gòu)模擬結(jié)果證實(shí)，在剪切過程中，超固結(jié)比的消散速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)性的衰減速率。低圍壓的剪切過程中，土體

4、首先以受到超固結(jié)比消散的影響為主，然后受到結(jié)構(gòu)性衰減的影響。而圍壓較高時(shí)，土體主要受到結(jié)構(gòu)性衰減的影響。這解釋了在較低圍壓下，上海第④層軟粘土的有效應(yīng)力路徑與較大圍壓下完全不同的原因。由于上海第④層軟粘土結(jié)構(gòu)性的衰減導(dǎo)致在相同條件下的三軸排水剪切過程中，原狀土的體變量為重塑土的2倍。
　?。?）真三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在三維應(yīng)力狀態(tài)下，中主應(yīng)力的變化會(huì)影響原狀土的在真三軸剪切過程中應(yīng)力-應(yīng)變曲線的發(fā)展，且原狀土與重塑土的不同應(yīng)力lod

5、e角真三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同角度下上海第④層土真三軸實(shí)驗(yàn)獲得的土體強(qiáng)度極限值在π平面上的投影符合SMP破壞準(zhǔn)則。
　?。?）根據(jù)塑性體積應(yīng)變也會(huì)導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)性衰減與超固結(jié)比消散的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將TS-Zhang模型的結(jié)構(gòu)性與超固結(jié)狀態(tài)發(fā)展式進(jìn)行了修正。提出了采用模擬常規(guī)固結(jié)過程獲得超固結(jié)狀態(tài)發(fā)展參數(shù)及結(jié)構(gòu)性狀態(tài)發(fā)展參數(shù)，模擬等向固結(jié)過程精確的得到試樣在等向固結(jié)結(jié)束時(shí)的超固結(jié)比、結(jié)構(gòu)性參數(shù)的統(tǒng)一本構(gòu)模擬方法，克服了本構(gòu)模擬參數(shù)取值時(shí)的盲