粗粒料静止侧压力系数及其变形特性试验

土体的静止侧压力系数K_0是其重要的力学参数之一,合理地确定土体的K_0系数对土工结构应力变形的准确计算有重要的理论意义与实用价值。然而,准确测量土体的K_0系数并不容易,对粗颗粒土则更加困难。目前,能研究粗颗粒土K_0的试验仪器极少,对K_0系数的研究成果相应地也很少,而关于粗颗粒土在不同初始孔隙比下K_0系数的变化规律的研究几乎空白。为研究粗颗粒土的静止侧压力系数在不同初始孔隙比下的变化规律,研制了一种新型K_0试验仪。该仪器既能用于测定粗颗粒土的K_0系数,也可用于一般黏土或砂土K_0的测定,且可用于高应力条件下。对某级配粗粒料进行了不同初始孔隙比状态下的K_0压缩试验。试验粗颗粒土的母岩为似斑花岗岩,颗粒粒径范围<20 mm。试样高度为8 cm,直径为10 cm,初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6,试验最大竖向压力为3.7 MPa。结果表明:当对试验粗粒料在K_0状态下加载时,侧向应力与竖向应力之间呈现较好的线性关系,K_0为常数。初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6时,K_0的范围为0.30~0.45,孔隙比对K_0系数的影响显著;粗粒料的静止侧压力系数随着初始孔隙比的增加而增加,且两者之间近似呈直线关系;不同初始孔隙比条件下,试样的体积应变与平均正应力(或竖向应力)之间可用幂函数拟合;提出能够反映不同初始孔隙比的粗粒料K_0条件下的应力应变关系经验公式。

三轴试样端部约束影响有限元分析

对某压实黏土和软土分别开展两种端部约束条件下的中三轴三维有限元模拟,对应端部约束条件分别为完全限制端部径向位移和径向自由(端部无约束,无摩擦力)。对比分析两种端部约束条件下试样强度和应力应变结果,定量研究了试样端部约束对两种土料强度和应力应变特性的影响。结果表明,端部约束对土体强度有一定提高,但不会改变轴向偏应力和轴向应变关系曲线的整体趋势;随着围压的增大,端部约束对强度和应力应变的影响有所降低,但降低幅度有限;三轴试验中,和试样端部径向自由相比,端部因摩擦力引起的约束会显著增大试样的体积应变,而且土体的软硬程度对试样的体变影响较大。对压实黏土,端部约束试样剪切破坏时平均体变ε_(v)比径向自由增大17.2%;对软土该值的影响也达到了5.2%。