重塑飽和黏土三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)研究

(揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225009)

引言

三軸蠕變?cè)囼?yàn)在三軸儀上完成，在試樣圍壓一定的情況下，通過(guò)對(duì)試樣軸向應(yīng)力采用分級(jí)加荷的方法對(duì)試樣進(jìn)行剪切，每一級(jí)荷載施加完成后保持圍壓不變。根據(jù)需要采取不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水、固結(jié)排水剪切試驗(yàn)。本文主要進(jìn)行了重塑飽和黏土的三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)，不同加載分級(jí)條件下剪切蠕變性質(zhì)。

一、試驗(yàn)方案

根據(jù)試樣在圍壓100kPa下的常規(guī)的三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)，分不同剪切路徑對(duì)試樣進(jìn)行三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)。每級(jí)荷載的作用時(shí)間為7d，24h內(nèi)變形量小于0.01便可施加下一級(jí)荷載。試樣為編號(hào)1和2，兩個(gè)試樣圍壓都為100kPa，試驗(yàn)1逐級(jí)荷載為60-120-180-240，試樣2逐級(jí)荷載為60-160-260-360。

二、試驗(yàn)結(jié)果分析

為了更好地研究不同圍壓下試樣的蠕變性質(zhì)，本次試驗(yàn)按照1-1的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)對(duì)其中有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

(一)三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)軸向應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系

圖1為三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)在不同圍壓下試樣的軸向應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)。

圖1 不同圍壓下試樣軸向應(yīng)變與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)

由圖1可知：(1)在應(yīng)力較小時(shí)，試樣的蠕變變形量很小，呈現(xiàn)出衰減流變的現(xiàn)象，即試樣的軸向變形以減速的方式在發(fā)展。待軸向變形穩(wěn)定，下一級(jí)荷載再進(jìn)行加載，這時(shí)的變形會(huì)增大，但是變形量增加的大小受到本級(jí)荷載以及初始荷載的影響；(2)應(yīng)力較大時(shí)，流變過(guò)程速度較快，產(chǎn)生了兩個(gè)階段：衰減流變階段、低速流變階段。隨著應(yīng)力水平的逐漸增大直至達(dá)到最大值，軸向變形變形可以分為三個(gè)階段：衰減蠕變階段、低速蠕變階段、加速蠕變階段。試樣在三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)中出現(xiàn)加速蠕變的情況比較少，存在時(shí)間較長(zhǎng)的還是低速蠕變階段，且低速蠕變階段蠕變的速度不是一成不變的。

(二)三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)體積應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系

三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)中試樣的體應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖2所示。

通過(guò)圖2試樣體應(yīng)變與時(shí)間的曲線(xiàn)圖我們可以得出：(1)體積應(yīng)變?cè)谠嚇映跏技虞d時(shí)無(wú)明顯變化，隨著荷載的增大，體應(yīng)變也開(kāi)始隨之變化；(2)試樣體應(yīng)變的變化跟孔隙水的排出有著密不可分的關(guān)系，試樣在加載的初級(jí)階段，即在較低應(yīng)力下時(shí)，試樣要達(dá)到能夠看到明顯體應(yīng)變變化量的時(shí)間較長(zhǎng)，說(shuō)明此時(shí)的孔隙水排出也較困難，所需時(shí)間也較長(zhǎng)。而在較高應(yīng)力作用下時(shí)，孔隙水以較快速度排出，體應(yīng)變較明顯。隨著有效應(yīng)力的增大及時(shí)間的發(fā)展，孔隙水逐漸被排出，體應(yīng)變也出現(xiàn)上升趨勢(shì)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是在試樣蠕變過(guò)程中，先是受到了固結(jié)硬化的作用，而隨著時(shí)間的推延，逐漸出現(xiàn)軟化的現(xiàn)象，這時(shí)的體應(yīng)變會(huì)呈上升趨勢(shì)。

圖2 不同圍壓下試樣體應(yīng)變與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)

三、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)揚(yáng)州市較典型黏土進(jìn)行在相同圍壓下不同剪切路徑的三軸剪切蠕變?cè)囼?yàn)來(lái)分析其蠕變性質(zhì)得到結(jié)論，土體的三軸剪切蠕變可以理解為土體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)硬化和軟化之間的轉(zhuǎn)化。在低應(yīng)力階段，土體在外荷載的作用下孔隙水排出，土體被壓實(shí)，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增大，即土體產(chǎn)生硬化作用，呈現(xiàn)衰減蠕變現(xiàn)象。隨著應(yīng)力水平的提高，逐漸增大至超過(guò)土體自身的屈服強(qiáng)度，土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織開(kāi)始破壞，也就是產(chǎn)生了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的軟化作用。待土體內(nèi)部的軟化部分超過(guò)硬化的部分，土體開(kāi)始發(fā)生劇烈的變形。隨著時(shí)間的推移，土體內(nèi)部自我調(diào)整趨于穩(wěn)定，即蠕變穩(wěn)定現(xiàn)象。