非飽和粉砂臨界狀態(tài)試驗研究.pdf

1、土的臨界狀態(tài)是土力學中最為重要的概念之一，其給出了土體變形過程的終點，對于分析土體基本力學性質(zhì)和建立相應的本構模型都十分重要?，F(xiàn)有的臨界狀態(tài)理論是針對飽和土建立的，而對于非飽和土的臨界狀態(tài)，雖然在一些非飽和土本構模型中有所涉及，但它的基本定義和需要滿足的充分條件均沒有明確給出，相關的試驗研究成果極為匱乏。因此，采用試驗研究方法，探討非飽和土達到臨界狀態(tài)過程中各狀態(tài)參量的變化規(guī)律以及達到臨界狀態(tài)時所需滿足的基本條件，將為后續(xù)的理論研究提供

2、試驗數(shù)據(jù)支持，為非飽和土工程問題的分析和解決提供理論基礎。
　　以非飽和粉砂為研究對象，利用非飽和土三軸試驗系統(tǒng)(GDS)和飽和土全自動三軸儀開展相關試驗研究，分別測定了不同干密度粉砂在不同凈應力和吸力條件下剪切至臨界狀態(tài)過程中，土體的強度、體變、含水量及飽和度等相關狀態(tài)參量的變化規(guī)律。在對試驗數(shù)據(jù)分析和總結的基礎上，借鑒飽和土臨界狀態(tài)理論的建立方法，并結合非飽和土的特性，給出了非飽和土剪切達到臨界狀態(tài)時需滿足的基本條件，并建立了

3、不同坐標平面上非飽和土臨界狀態(tài)方程，具體研究成果如下:
　　1.針對某一特定初始干密度下的非飽和粉砂，通過開展不同凈應力、不同吸力下的三軸剪切試驗，得到了臨界狀態(tài)時非飽和粉砂的各個狀態(tài)變量（如偏應力、比體積、平均凈應力、孔隙水比體積等）的變化規(guī)律，揭示了非飽和粉砂剪切至臨界狀態(tài)時所需滿足的基本條件。試驗結果表明:(1)隨著軸向應變的不斷增加，不同初始干密度粉砂試樣的偏應力、體應變以及飽和度曲線最終趨于一穩(wěn)定值。(2)剪切過程中飽和

4、度的變化規(guī)律主要受體應變的影響，受含水量變化的影響較小。基于上述試驗規(guī)律，分析了飽和度作為非飽和土臨界狀態(tài)評判指標的適用條件，即:試驗剪切結束前后含水量變化較小或剪切過程中試樣滲透性較好的非飽和土，可以考慮將飽和度作為土體是否剪切至臨界狀態(tài)的評判指標。
　　2.針對不同初始干密度的非飽和粉砂，通過開展不同應力條件下的三軸剪切試驗，對比分析了不同初始干密度試樣在剪切過程中強度和體應變的變化規(guī)律，驗證了松砂、密砂各自的典型力學特性。試

5、驗結果表明:干密度1.96g/cm3的粉砂表現(xiàn)出密實砂土的剪脹特性，以及達到峰值后開始軟化的強度特性;干密度1.6g/cm3的粉砂則表現(xiàn)為松砂的剪縮特性，以及不斷硬化的強度特性。
　　3.基于上述試驗研究成果，建立了q-p'、v-lnp'、vw-lnp'平面內(nèi)的臨界狀態(tài)線方程，提出了從強度、變形和孔隙水三個方面對非飽和粉砂臨界狀態(tài)進行綜合描述的方法，揭示了臨界狀態(tài)條件下非飽和粉砂強度、孔隙比、孔隙水比體積隨吸力的變化規(guī)律。研究結果