砂土、粘土的力学性质及本构参数统一表征试验研究

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我国的岩土工程规模日益扩大,越来越多大型建筑物、高重土工工程兴建使得重视、研究土体应力应变关系成为必然趋势。为了保障岩土工程建设安全、顺利地进行,尽量规避岩土工程灾害,分析研究岩土的力学特性显得尤为必要。对土的力学行为分析的合理性主要取决于选择模型及参数的合理性。我国幅员辽阔,分布广泛的土工材料种类繁多,且土质层往往是多种土构成,但大多数学者们所提出的或改进或创新的土体本构模型通常只针对某一种土的力学特性进行讨论,只模拟特定的一种土的力学行为,这对于复杂的工程地质状况的应用并不方便。本文针对福建标准砂、苏州地区粉粘土和粘土、无粘性土与粘性土混合制成的混合土进行了一系列系统的常规三轴试验,对一般土工材料在常压力下的力学特性进行分析。基于已有研究成果,通过分析上、下加载面模型,对模型涉及参数进行系统阐述,并根据上、下加载面模型统一分析拟合本构参数,进行本构计算。通过模拟比较,表明土工材料的共性,验证上、下加载面模型系统描述一般土工材料的力学行为的可行性。论文研究成果包括以下几点:1、不同土壤的三轴试验结果表明,福建标准砂在常压力条件下(50-700 k Pa)剪胀软化;粉粘土、粘土、粉粘土与标准砂按照0.5的质量比配制成的混合土呈现应变硬化特征并剪切体缩。2、福建标准砂的峰值应力比与围压拟合关系显示,峰值应力比受标准砂初始状态、围压条件共同影响;砂土、粉粘土、粘土、质量比为0.5的混合土的残余应力比则基本不受初始孔隙比和围压的影响。3、砂土、粉粘土、粘土、质量比为0.5的混合土等向固结曲线、临界状态曲线呈指数衰减型,固结曲线拟合关系符合关系式e=a-b(lnp)c,临界状态拟合关系符合关系式e=a-b(lnp)。砂土相较于粉粘土、粘土固结曲线更不易收敛。根据上、下加载面概念确定的力学参数能够描述砂土、粉粘土、粘土、质量比为0.5的混合土的一般力学行为,验证了上、下加载面模型对于统一描述一般土工材料力学行为的适用性。
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