固结不排水剪总应力强度指标的几点讨论

建立了偏离室内常规三轴压缩试验应力条件下的总应力强度指标和有效固结压力强度指标的理论公式;讨论了这两种强度指标的变化规律及其与室内常规CU试验指标的差异;简要地分析了直接将室内常规CU试验指标用于压缩与伸长土单元的强度计算、用于有效固结压力法确定抗剪强度和用于土压力与地基极限承载力计算时的偏差情况。     

论固结不排水剪总应力强度指标及其应用

分析了等向固结不排水三轴压缩总应力强度指标的３种应用形式,指出了将该类指标应用于地基时存在的问题,定义并建立了模拟实际地基中应力条件时ＣＵ试验（广义ＣＵ试验）的总应力强度指标和其表达式,分析了其影响因素和变化规律。随后建立了与σｆｆ,σ＇ｆｃ,σ＇ｆｆ对应的抗剪强度指标表达式,最后初步分析了等向固结不排水三轴压缩指标在实际工程中应用的误差。     

考虑应力路径的地基临塑(界)荷载计算

土的固结不排水剪总应力强度指标在许多地基规范中被建议采用,具有明显的应力路径相关性。推导一个考虑应力路径影响的地基塑性区和临塑(界)荷载计算公式,将此公式和应用室内常规三轴试验指标理论值计算的结果进行了比较,分析了室内常规三轴指标的适用性。     

天津市区第一海相层粉质黏土卸荷路径下强度特性的试验研究

土的强度特性与土体中应力变化过程、固结状态有关,常规的三轴试验并不能真实地反映土体经历的应力路径对其强度特性的影响。采用自制的应力-应变联合控制式三轴试验仪,对天津市区地层中第一海相层的粉质黏土原状饱和试样进行一系列特殊三轴试验,研究了排水卸荷条件对其强度特性的影响。试验结果表明：经历排水卸荷路径的土体的加荷剪切总应力强度指标大于常规试验结果,也大于前人在不排水卸荷路径下的试验结果,但几种应力路径下土体的有效应力强度指标基本相等。研究成果对天津市区基坑开挖及支护结构设计计算、软土隧道施工研究及其他相关岩土工程问题的研究均有较大的实用价值。     

新型三轴剪切试验试样排水固结装置的研制与应用

三轴剪切试验是岩土工程中常见的室内试验,其目的主要是为了获得土的抗剪强度指标和土中孔隙水压力的变化情况。三轴的固结不排水剪（CU）和固结排水（CD）剪试验可以获得土的总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标,因此具有其它剪切试验无法替代的优势。但因试验过程中排水固结的时间很长,影响了试验进度,从而影响到整个工程的进度和经济效益。通过对三轴剪切试样排水固结过程的机理分析,介绍了制作一种可以大大缩短大量试样排水固结时间的装置及该装置的研制方法。采用该装置,可使CU试验的效率提高6～12倍,可使CD试验的效率提高3～6倍。可节约大量的生产成本,提高工作效率,经济效益明显。     

考虑应力历史的饱和土抗剪强度测试方法探讨

通过直剪试验和三轴试验,研究了超固结状态和正常固结状态土强度指标的差异性。抗剪强度指标在大于和小于前期固结压力的压力段明显不同,试验资料整理时应分别确定抗剪强度指标。剪切前,试样在其自重固结压力（重塑土为预固结压力）下作预处理,比较了在垂直压力或围压小于前期固结压力和大于前期固结压力两个压力段的强度指标,前者不固结不排水剪黏聚力c小于后者,内摩擦角φ大于后者;固结不排水剪黏聚力c大于后者,内摩擦角φ小于后者。重塑土强度试验模拟的应力历史很难真实反映实际工况土体的强度特性,室内试验应尽量使用原状土进行抗剪强度测试。室内试验确定土的抗剪强度指标时,应先确定地基土的前期固结压力、K0状态参数,按工程实际应力状态确定。     

黏土强度指标的测定和选取

在岩土工程界,强度指标的测定和选取存在着不统一的现象。具体表现在（1）强度试验的划分;（2）不排水强度的测试;（3）加载工程强度指标的选取;（4）卸载工程强度指标的选取。针对上述问题,指出不固结不排水试验宜称为天然固结不排水。讨论和比较了国内外常用的地基天然强度测试方法。对国内的改进有效应力法和有效固结应力法进行了理论分析,指出二者均低估了现场固结不排水强度。建立了采用各向等压固结试验模拟现场K0固结时的等效围压计算公式及等效于CK0U试验的有效固结应力法强度增长公式。分析了国外的不排水有效应力法、QRS法和不排水强度分析法的特点和适用条件,指出不排水强度分析法所采用的SHANSEP试验方法能合理考虑分期施工过程中地基土的强度增长,适合在国内采用并对国内常用的加载-卸载-加载方式获取卸载强度指标的适用情况做了分析。     

饱和砾性土不排水动力强度及变形特性试验

砾性土的动力强度和变形特性是分析砾性土地基及其构筑物地震永久变形的基础。本文采用大型动三轴仪对饱和砾性土进行不排水循环三轴试验,系统地研究了两种砾性土在循环加载条件下的不排水强度和变形特性,探讨了循环应力比、平均固结应力、固结应力比、初始孔隙比和循环次数对砾性土变形和超静孔压特性的影响。试验结果表明：砾性土的累积轴向应变和超静孔压比随循环应力比、平均固结应力和初始孔隙比的增大而增大,超静孔压比随固结应力比的增大而减小;当循环次数小于20时,固结应力比对累积轴向应变的影响较小,而当循环次数大于20时,累积轴向应变随固结应力比的增大而减小。根据试验结果,建立了考虑平均固结应力、初始孔隙比、循环次数和累积轴向应变影响的不排水动力强度和超静孔压经验模型,其计算值与试验结果比较吻合,说明该模型可以较为准确地描述循环荷载作用下砾性土的不排水动力强度、超静孔压和累积变形的变化规律。     

考虑卸荷速率的K0固结膨胀土应力-应变行为

通过GDS三轴试验系统对K0固结原状南阳膨胀土原状样进行了不同卸荷速率和卸荷路径下的不排水三轴剪切试验,在试验资料的基础上,建立了K0固结膨胀土的初始切线模量Ei和极限偏应力qult与固结应力及卸荷速率的关系式。发现,K0固结膨胀土在卸荷剪切过程中的应力-应变关系曲线呈典型双曲线特征;膨胀土的不排水剪切强度随轴向固结应力及卸荷速率的增加而单调增加;Ei及qult随固结应力及卸荷速率的变化规律与强度基本类似,但Ei随固结应力的增加呈指数增加,而qult则表现为线性增加。通过改进邓肯-张双曲线表达式,建立了K0固结膨胀土下不同卸荷速率时应力-应变关系的预测公式,并进行了模型验证。     

应力路径对黄土固结不排水剪强度的影响

用总应力法研究了应力路径对陇西Q3原状黄土的固结不排水剪强度的影响。试验基于正交设计,考虑了含水率、固结比、固结末径向应力和剪切路径4个因子、4种水平。试验结果表明,当黄土各向异性程度较小时应力路径对黄土的固结不排水抗剪强度有一定影响;基于正交设计的黄土三轴固结不排水剪试验的破坏点与普通三轴固结不排水剪试验（均压固结常规剪切）得到的破坏点处于一个条带内。黄土强度随含水率的变化规律与普通三轴固结不排水剪试验的相同。     

An experimental database for the development,calibration and verification of constitutive models for sand with focus to cyclic loading: part I—tests with monotonic loading and stress cycles

For numerical studies of geotechnical structures under earthquake loading, aiming to examine a possible failure due to liquefaction, using a sophisticated constitutive model for the soil is indispensable. Such a model must adequately describe the material response to a cyclic loading under constant volume (undrained) conditions, amongst others the relaxation of effective stress (pore pressure accumulation) or the effective stress loops repeatedly passed through after a sufficiently large number of cycles (cyclic mobility, stress attractors). The soil behaviour under undrained cyclic loading is manifold, depending on the initial conditions (e.g. density, fabric, effective mean pressure, stress ratio) and the load characteristics (e.g. amplitude of the cycles, application of stress or strain cycles). In order to develop, calibrate and verify a constitutive model with focus to undrained cyclic loading, the data from high-quality laboratory tests comprising a variety of initial conditions and load characteristics are necessary. The purpose of these two companion papers was to provide such database collected for a fine sand. The database consists of numerous undrained cyclic triaxial tests with stress or strain cycles applied to samples consolidated isotropically or anisotropically. Monotonic triaxial tests with drained or undrained conditions have also been performed. Furthermore, drained triaxial, oedometric or isotropic compression tests with several un- and reloading cycles are presented. Part I concentrates on the triaxial tests with monotonic loading or stress cycles. All test data presented herein will be available from the homepage of the first author. As an example of the examination of an existing constitutive model, the experimental data are compared to element test simulations using hypoplasticity with intergranular strain.     

软土在不同应力路径下的力学特性分析

通过固结不排水剪应力路径试验对广州南沙典型软土在不同固结条件的力学特性进行了系统研究。分析了初始固结状态对软黏土应力路径依赖性的影响,比较了不同应力路径下土的应力-应变关系特征和孔隙水压力变化规律,探讨了孔压分布与土体变形特征的关系,认为侧向卸荷会造成剪应力增加、体应力减小,从而使土体产生剪胀趋势。研究结果还表明,不排水条件下的有效应力路径主要与土样初始固结状态有关,因而同一固结状态下的有效应力路径具有唯一性。另外,试验中的剪切控制方式对有效应力路径有明显影响,但对土体抗剪强度的影响可以忽略。     

不同排水条件下地基土的抗剪强度

依照地基土的实际受力和排水条件,建立了抗剪强度的一般表达式;随后讨论了不排水、部分固结后不排水和剪切过程中部分排水时抗剪强度的计算公式和用常规方法计算与测定时的偏差。     

超固结黏土单调和耦合循环的剪切特性研究

针对超固结黏土空心试样,利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在均等固结条件下进行了单调扭剪和三轴-扭转耦合循环剪切试验。试验结果表明：不同超固结比黏土的单调扭剪强度也可由正常固结黏土的单调扭剪强度得到,得到了不同超固结比下饱和黏土的强度及模量的退化规律;随着超固结比的增大,相同破坏循环次数的动应力比和临界循环应力比均线性增大;超固结比对耦合循环剪切的孔隙水压力的发展模式影响显著。参考Yasuhara的测量方法,采用荷载停止后继续采集孔压的方法可以更好地反映黏土在耦合循环荷载下产生的真实孔压和孔压的增长情况。提出的综合应变式同时考虑了剪切变化和正向偏差变形的共同效应,适合作为主应力连续旋转的耦合循环剪切试验的破坏标准。     

原状和重塑海洋粘土经历动载后的静强度衰减

根据海洋粉质粘土原状和重塑土样的动三轴试验结果, 比较和分析了两种土样应力、应变、孔隙水压力和不排水抗剪强度行为, 得到了土样的静不排水抗剪强度衰减与波浪荷载作用下土样产生的动应变以及平均累积孔压之间的关系。 并将波浪荷载作用使土样内孔压升高, 有效应力降低, 形成拟超固结现象的理论, 应用到土样不排水抗剪强度衰减与平均累积孔压之间关系的分析;同时与重塑土样的超固结静态剪切试验结果进行比较, 得到了土样在波浪荷载作用后的归一化不排水抗剪强度与拟超固结比之间的关系式。 建议以少量原状土样, 配合大量重塑土样的动三轴试验结果, 实现对实际海洋粘土地基在波浪荷载作用后的静不排水抗剪强度衰化规律的评估。     

Improvement of a hypoplastic model to predict clay behaviour under undrained conditions

A shortcoming of the hypoplastic model for clays proposed by the first author is an incorrect prediction of the initial portion of the undrained stress path, particularly for tests on normally consolidated soils at isotropic stress states. A conceptually simple modification of this model, which overcomes this drawback, is proposed in the contribution. The modified model is applicable to both normally consolidated and overconsolidated soils and predicts the same swept-out-memory states (i.e., normal compression lines) as the original model. At anisotropic stress states and at higher overconsolidation ratios the modified model yields predictions similar to the original model.     

Evaluation of an anisotropic elastoplastic–viscoplastic bounding surface model for clays

An anisotropic time-dependent bounding surface model for clays is developed by generalizing a previous time-independent model that adopts a flexible bounding surface. It is based on the framework for coupled elastoplasticity–viscoplasticity for clays and Perzyna’s overstress theory. Three viscoplastic parameters were introduced and explained in detail. The model was validated against undrained creep tests for both isotropically and anisotropically consolidated clays, undrained and drained stress relaxation tests on some undisturbed clays, and undrained triaxial tests with varying strain rates on natural Hong Kong marine deposit clay. The general agreement between the model simulations and test results was satisfactory. The varying effects of lower-level parameters were discussed on the undrained multistage stress relaxation response for normally consolidated soils which had been ignored in literature. The flexibility of the model in capturing the shear strengths, which is the unique feature of the current model, was shown in the simulations of time-dependent triaxial tests on Taipei silty clay. All the simulations show that the proposed model is a relatively practical model considering both anisotropy and time dependency of clays.     

珠江口海洋软土不排水抗剪强度及循环弱化特性试验研究

为了获得广东珠江口海洋软土的不排水抗剪强度,分别开展了不固结不排水剪切和固结不排水剪切三轴试验、无侧限抗压试验、现场取土离心机正常固结模型地基的T-bar静力贯入试验以及现场十字板剪切试验和静力触探试验（CPT）,并采用土力学经验公式进行计算,确定了珠江口海洋软土不排水抗剪强度沿深度的分布规律,并综合评价了各种方法的有效性。为了获得该区域软土的循环弱化规律,分别开展了循环动三轴试验、现场取土离心机正常固结模型地基的T-bar循环贯入试验和现场单桩水平循环加载试验,揭示了软土循环动模量比与循环次数之间的双对数线性关系,获得了3种试验条件下珠江口海洋软土的循环弱化因子。其研究结果可为该区域海洋建筑物设计提供直接依据,也可为其他类型工程提供借鉴。