上海第④層粘土在不同應力路徑下的力學特性實驗與統(tǒng)一本構模擬.pdf

1、上海粘土的物理力學特性已有許多研究成果，但是第④層土的結構性鮮有學者進行全面的研究。而結構性的存在會導致原狀土在不同應力路徑下表現(xiàn)出與重塑土完全不同的力學特性，故研究上海第④層粘土在不同應力路徑下的力學特性及統(tǒng)一本構模擬可以為實際工程提供理論基礎，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，對其進行了常規(guī)固結、三軸剪切、真三軸剪切等不同應力路徑實驗，研究了第④層原狀與重塑粘土在不同應力路徑下的力學

2、特性特性。根據實驗結果，對 TS-Zhang模型進行了一定程度的修正，使之更能適合上海軟粘土在不同應力路徑下的力學特性曲線。提出了新的參數(shù)確定方法，統(tǒng)一本構模擬過程。同時利用SEM電鏡掃描實驗研究了第④層土在固結過程中土顆粒、孔隙的變化情況。主要的研究成果如下：
　?。?）原狀土的一維固結實驗結果證實，上海第④層原狀土沿各個方向的壓縮指數(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)定性要強于邊與邊的接觸。
　?。?）三軸剪切實驗結果證實，上海第④層軟粘土在剪切過程中會同時受到超固結比消散與結構衰減的影響。統(tǒng)一本構模擬結果證實，在剪切過程中，超固結比的消散速率要遠遠大于結構性的衰減速率。低圍壓的剪切過程中，土體

4、首先以受到超固結比消散的影響為主，然后受到結構性衰減的影響。而圍壓較高時，土體主要受到結構性衰減的影響。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層軟粘土結構性的衰減導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。
　?。?）真三軸實驗結果表明，在三維應力狀態(tài)下，中主應力的變化會影響原狀土的在真三軸剪切過程中應力-應變曲線的發(fā)展，且原狀土與重塑土的不同應力lod

5、e角真三軸實驗結果表明，不同角度下上海第④層土真三軸實驗獲得的土體強度極限值在π平面上的投影符合SMP破壞準則。
　　（4）根據塑性體積應變也會導致土體結構性衰減與超固結比消散的實驗結果，將TS-Zhang模型的結構性與超固結狀態(tài)發(fā)展式進行了修正。提出了采用模擬常規(guī)固結過程獲得超固結狀態(tài)發(fā)展參數(shù)及結構性狀態(tài)發(fā)展參數(shù)，模擬等向固結過程精確的得到試樣在等向固結結束時的超固結比、結構性參數(shù)的統(tǒng)一本構模擬方法，克服了本構模擬參數(shù)取值時的盲