加载速率对密砂应力-应变特性影响的试验研究

【目的】砂是一种常见的建筑材料,在水利水电工程、交通、海洋和其他土木工程中应用广泛。在不同的工程应用中,砂土经受不同的加载过程和加载速率。因为加载速率效应,砂在相同幅值荷载作用下产生的变形有一定差异。这项研究旨在深入了解不同应变速率三轴剪切条件下砂的应力应变特性。【方法】采用相对密度为0.9的密砂,开展了一系列三轴固结排水剪切试验,在两种不同围压(750 kPa和2000 kPa)下对试样进行固结后,分别采用三种不同的常应变速率(0.00625%/min,0.0625%/min和0.625%/min)进行应变控制排水剪切。根据试验数据,绘制了应力-应变关系发展曲线,分析了应变速率对砂土偏应力和体积应变演化的影响。【结果】结果表明,在本试验采用的恒定应变速率和围压条件下,密砂在轴向应变约为2%时将发生屈服。屈服前,相同轴应变增量对应的土样偏应力增量和体积应变增量对剪切速率比较敏感,特别是体积应变,即加载应变速率较小时获得的土样剪应力较低,但体积应变(收缩)发展量较大。【结论】在屈服前,砂土的模量随着加载速率的增加而增大;但是屈服后,当加载达到大应变(ε1=15%)条件时,应变率对砂土应力变形的影响不明显。另外,在相同围压下,以不同应变率加载的砂样在加载过程中的应力比(q/p)-偏应变关系呈现出一致性。该研究可以提高对砂土力学特性的认识,并为砂土地基上的结构设计和安全评价提供参考。