一種減載的三軸試驗(yàn)方法及其應(yīng)用分析★

吳易來 張 媛 李榮建

(1.陜西港華建筑工程有限公司，陜西 西安 710061； 2.西安理工大學(xué)巖土工程研究所，陜西 西安 710048)

·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

一種減載的三軸試驗(yàn)方法及其應(yīng)用分析★

吳易來1張 媛2李榮建2

(1.陜西港華建筑工程有限公司，陜西 西安 710061； 2.西安理工大學(xué)巖土工程研究所，陜西 西安 710048)

基于拓寬三軸應(yīng)力路徑試驗(yàn)的方法和途徑，研制了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的減載拉伸應(yīng)力路徑的試驗(yàn)儀，通過相關(guān)試驗(yàn)確定了兩種應(yīng)力路徑下砂土的強(qiáng)度參數(shù)，分析了常規(guī)三軸應(yīng)力路徑和三軸拉伸應(yīng)力路徑試驗(yàn)條件下強(qiáng)度的區(qū)別，以供參考。

砂土，強(qiáng)度，應(yīng)力路徑，常規(guī)三軸試驗(yàn)儀，改進(jìn)方法

0 引言

由于砂土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線具有應(yīng)力路徑相關(guān)性，在相同的起始應(yīng)力狀態(tài)下，經(jīng)歷的應(yīng)力路徑不同，砂土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系明顯不同，從而砂土的強(qiáng)度破壞線也可能有所不同[1-3]。目前全自動(dòng)靜—?jiǎng)尤S剪切儀雖然可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜應(yīng)力路徑靜態(tài)剪切試驗(yàn)[4]，但該類儀器成本仍較高，實(shí)際操作復(fù)雜。

因此，基于作者提出的一種簡(jiǎn)易的、可行的、造價(jià)低的應(yīng)力路徑試驗(yàn)儀[5]的思路，本研究首先研制了相應(yīng)的改裝設(shè)備，然后進(jìn)行了常規(guī)壓縮應(yīng)力路徑和三軸拉伸應(yīng)力路徑下飽和砂土的強(qiáng)度試驗(yàn)，進(jìn)一步研究常規(guī)三軸應(yīng)力路徑和三軸拉伸應(yīng)力路徑試驗(yàn)條件下強(qiáng)度的區(qū)別。

1 三軸伸長(zhǎng)應(yīng)力路徑試驗(yàn)儀的研制

基于拓寬應(yīng)力路徑試驗(yàn)的方法和途徑這一目的，提出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的減載拉伸應(yīng)力路徑的試驗(yàn)改進(jìn)和制作方法(見圖1)。

設(shè)備研制中，為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的上部傳力桿的軸向拉伸減載，在壓力室外部的上部傳力桿和試樣上帽上方的傳力桿之間設(shè)置了軸向拉掛裝置，從而保證了壓力室外部的上部傳力桿和壓力室內(nèi)部試樣上帽上方的傳力桿之間的有效連接。

設(shè)備研制中，為了保證試樣上帽與其上方的傳力桿之間不脫離，將傳統(tǒng)的試樣上帽分離為兩個(gè)部分并進(jìn)行分別制作：1)將原試樣上帽的帽芯與其上方的傳力桿粘結(jié)為一個(gè)整體，帽芯外側(cè)進(jìn)行螺紋設(shè)計(jì)；2)將原試樣上帽的帽緣內(nèi)側(cè)亦設(shè)計(jì)成螺紋。試驗(yàn)安裝試樣操作時(shí)，在土樣橡皮膜連接后，通過旋轉(zhuǎn)傳力桿將粘結(jié)的帽芯部分旋轉(zhuǎn)擰入試樣上帽的帽緣內(nèi)側(cè)螺紋，即可以實(shí)現(xiàn)試樣和上頂帽有效連接，如此就可以進(jìn)行三軸拉伸應(yīng)力路徑試驗(yàn)。

2 兩種應(yīng)力路徑試驗(yàn)應(yīng)用與比較分析

飽和砂(干密度為1.60 g/cm3)在常規(guī)三軸試驗(yàn)中測(cè)得的常規(guī)應(yīng)力路徑條件下的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示(以(σa+σc)/2和(σa-σc)/2為坐標(biāo)表達(dá))。

三軸拉伸應(yīng)力路徑條件下的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖4所示，試驗(yàn)結(jié)果較為合理，表明改進(jìn)的三軸拉伸設(shè)備是成功的。

根據(jù)相應(yīng)的試驗(yàn)可以計(jì)算出砂土的內(nèi)摩擦角φ，相應(yīng)的常規(guī)三軸壓縮應(yīng)力路徑(CTC)和三軸拉伸應(yīng)力路徑(RTE)試驗(yàn)確定的強(qiáng)度參數(shù)如表1所示。

表1 兩種應(yīng)力路徑條件下飽和砂的強(qiáng)度參數(shù)

常規(guī)三軸壓縮應(yīng)力路徑試驗(yàn)中測(cè)得飽和砂的內(nèi)摩擦角為32.17°，而本文研制的三軸拉伸應(yīng)力路徑儀中測(cè)得的飽和砂的內(nèi)摩擦角為29.02°，其結(jié)果明顯小于常規(guī)三軸壓縮應(yīng)力路徑試驗(yàn)的強(qiáng)度值。究其原因有兩方面：一方面，常規(guī)三軸壓縮應(yīng)力路徑試驗(yàn)時(shí)傳力軸始終處于壓縮加載，砂土土體試樣整體處于壓縮加載狀態(tài)；另一方面，本文研制的三軸拉伸應(yīng)力路徑儀在試驗(yàn)時(shí)傳力軸處于拉伸卸載，砂土土體試樣整體處于卸載狀態(tài)，砂土顆粒之間的咬合有所降低。正是這兩方面的差異導(dǎo)致了兩種應(yīng)力路徑條件下砂土的強(qiáng)度有所不同。

3 結(jié)語

基于常規(guī)三軸壓縮應(yīng)力路徑和三軸拉伸應(yīng)力路徑下砂土的強(qiáng)度試驗(yàn)，分別確定了兩種應(yīng)力路徑下砂土的強(qiáng)度參數(shù)。相對(duì)于常規(guī)三軸應(yīng)力路徑試驗(yàn)，三軸拉伸應(yīng)力路徑條件下內(nèi)摩擦角有所降低，原因在于三軸拉伸條件下砂土試樣整體處于卸載狀態(tài)，砂土顆粒之間咬合作用有所降低。

[1] Jeda J. Stress-path dependent shear strength of sand[J].Journal of Geotechnical Engineering，1994,120(6):958-974.

[2] 邱金營(yíng).應(yīng)力路徑對(duì)砂土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響[J].巖土工程學(xué)報(bào),1995,17(2):75-82.

[3] 馮少杰,王運(yùn)霞.應(yīng)力路徑對(duì)飽和砂土力學(xué)特性的影響研究綜述[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,19(3):85-89.

[4] 許成順,杜修力,姚愛軍,等.全自動(dòng)靜—?jiǎng)尤S剪切儀的功能分析及應(yīng)用[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,34(6):591-595.

[5] 王治軍,李喜安,何 軍,等.一種應(yīng)變控制式三軸剪切儀：中國(guó)專利,CN201120212106.X[P].2011.

A simple implementing approach and its application for the reduced triaxial extension★

Wu Yilai1Zhang Yuan2Li Rongjian2

(1.ShaanxiKongwaConstructionEngineeringCo.,Ltd,Xi’an710061,China;2.InstituteofGeotechnicalEngineering,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)

Based on the methods and channels of extending triaxial stress path tests, the paper researches a simple and practical tester for reduced extension stress path, identifies the strength parameter of sand under the two stress paths in related test, and analyzes the differences between the regular triaxial stress path and the triaxial extension stress path under the conditions of tests, so as to provide some reference.

sand, strength, stress path, regular triaxial tester, improvement method

2014-12-18 ★：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：11072193)；陜西省教育廳科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：14JS064)

吳易來(1985- )，男，助理工程師； 張 媛(1991- )，女，在讀碩士； 李榮建(1969- )，男，博士，教授

1009-6825(2015)06-0056-02

TU411.3

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