人工胶结粉质粘土的强度、变形特性试验研究

人工胶结结构性土(改良土)被广泛应用于天然地基土的物理力学特性改良。然而,这种土在具有较高的强度与刚度的同时,往往表现出较强的非线性力学行为。以水泥胶结粉质粘土为例,通过三轴试验系统地研究了具有不同胶结结构性程度试样的强度特性及变形特性。研究发现胶结结构性土往往呈现出显著的应变软化特征(脆性破坏),其峰值强度为一种受围压及胶结结构性影响显著的状态相关参数,而残余强度为一种受围压及胶结结构性影响较小的状态无关参数。胶结结构性土的压缩刚度明显高于重塑胶结土(无胶结结构性),其等向压缩曲线(ICL)会伴随胶结损伤逐渐屈服并趋近于重塑胶结土的正常固结曲线(NCL),这为间接确定胶结结构性土的NCL提供了思路。不同于超固结粘土或密实砂土的“剪胀软化”,胶结损伤会诱发胶结结构性土的“剪缩软化”现象。此外,胶结结构性土中的应变局部化会影响试样的整体体变趋势,使得其临界状态线(CSL)与相应的重塑胶结土CSL之间存在着差异。

颗粒介质剪胀、软化特性的直剪试验研究

颗粒介质的宏观力学行为特征与其微观组构演化密切相关,涉及孔隙比、颗粒形态、颗粒破碎以及各向异性等因素的交叠影响。采用DRS-I型超高压直剪试验系统对3种不同粒径的钢球进行0.4~12 MPa法向压力下的直剪试验,避免颗粒形态、颗粒破碎及各向异性的交叠影响,进而单独分析峰值强度、残余强度与孔隙比演化的关联性,以期为揭示颗粒介质的细观力学机制提供参考。结果表明:1)落雨法制得的圆球颗粒介质普遍呈现剪切软化特性,剪切过程中存在明显的峰值应力和残余应力;2)峰值强度随围压增大呈现出一定程度的减小趋势,与孔隙比变化斜率的极值相对应;3)残余强度基本不受颗粒粒径、围压的影响,对应着孔隙比的稳定值即临界状态;4)采用Rowe剪胀方程能够较好地描述颗粒介质的强度特性与体变特性的关联性。