不同应力路径下土的强度测验研究

祝进弟 齐永正,2 张兆兵 汪 灿

(1.江苏科技大学 土木工程与建筑学院，江苏 镇江 212000；2.河海大学 土木与交通学院，江苏 南京 210098)

1 试验准备

1.1 试验材料

取镇江下蜀土样如表1所示。

1.2 试验仪器

烘箱，天平，称量盒，比重瓶，0.1kPa真空煲，TSZ系列全自动三轴仪。

1.3 试验步骤

将所取的原状土放在太阳下晒干、磨细。

(1)制备土样的击实、饱和。取晒干磨细后的土样500g，加入纯水直到含水率为20%,做击实土样、饱和土样实验。

表1 试样的物理力学性质指标

(2)常规三轴实验

将击实、饱和后的三个土样装在三轴仪中，依次在围压100kPa，200kPa，300kPa下进行常规三轴实验。

(3)不同应力路径实验

将击实、饱和后的两个土样装在三轴仪中，依次在轴压100kPa增大同时200kPa围压减小、轴压100kPa保持不变同时200kPa围压减小两种不同应力路径下进行实验。

2 试验结果与分析

2.1 常规三轴试验结果

通过实验研究，ccu=57.40,Φcu=7.36。根据土的抗剪强度计算公式，可知常规三轴实验土的强度与主应力差成正比。与此同时，在轴向应变在0.000mm～8.800mm范围内，围压为200kPa，300kPa时，主应力差基本保持不变，而围压为100kPa时，主应力差呈现先升后平的趋势；轴向应变在8.800mm～16.000mm范围内，围压越大，出现的峰值越大。

2.2 不同应力路径三轴试验结果

在轴压100kPa增大且200kPa围压减小以及轴压100kPa不变且200kPa围压减小的应力路径下，轴向应变在0.000mm～7.000mm范围内，主应力差都呈现直线上升曲线，轴向应变与主应力差成正比例关系。轴向应变在7.000mm～21.587mm范围内，主应力差呈先急剧下降后急升趋势，由此可知，土样已经被剪坏。

2.3 常规与不同应力路径三轴试验结合结果

在固结不排水条件下，当固结应力低时，围压很低，在破损过程中胶结强度发挥了重要作用，故在总围压为常数或增加时，软化现象不太明显；当固结应力高时，胶结强度受到了破损，土样所表现出的性质类似于重塑土的，破损过程中表现为塑性流动或稍有软化不排水条件下，总围压降低时，低固结应力下胶结强度发挥作用，表现为塑性流动，而高围压时表现为很强的应变软化。

3 结 论

(1)在不同的应力路径和不排水条件下，在常规三轴试验中，当在不同的固结应力状态下进行试验时，当总围压为增大时，土样表现为不同程度的应变硬化现象，而孔压一直增大，直到试样破坏还有增大的趋势;当总围压降低时，土样表现为不同程度的应变软化现象，而孔压增大到某一值后会降低很多。

(2)在固结不排水条件下，在不同应力路径试验中，当有效主应力增大时，土样表现为同一程度的应变规律，先是直线硬化，后是突然地下降，达到试样破坏还持续上升。

(3)常规三轴试验中，在固结不排水条件下结构性土样的强度包络线是一条不经过原点的直线，与第二个应力圆没有相切，在有效主应力差作用下表现为线性的。

(4)在常规应力和两种不同应力路径三轴试验中，同样是在固结不排水条件下，结构性土样在有效主应力下表现为不同的硬化现象，随着应力的增加，硬化增加，达到破坏还持续硬化。但是在两种不同应力作用时，与常规应力作用相比，应力出现骤然下降后上升的现象，应变也表现出不同的软化现象。同时结构性土样在这三种应力作用，表现出不同程度的剪胀现象。

(5)在固结不排水条件下，结构性土样的强度无论是在常规应力作用下，还是在不同应力作用下，表现的特性都是视具体情况而定的。由此可知，在实际工程中土的强度都是根据现场实际情况测定的。

4 对实际工程的意义

地下工程在开挖等施工过程中不可避免地对周围土体及邻近建筑物产生扰动影响。长期以来，由于人们对地下基坑工程施工扰动引起的周围土体性质的改变和施工中结构与土体介质的变形、失稳、破坏的发展过程认识不足，导致城市基础设施在建设过程中产生基坑边坡失稳及坍塌等，并造成了人员伤亡等屡见不鲜的事故。而经过对不同应力路径下土的强度的研究恰恰可以解决这个问题，对实际工程的意义十分重大。