粘性土剪切带的试验研究与性状分析

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土体中的剪切带现象是一种复杂的工程现象,研究剪切带的基本性质对土体的变形、土工构筑物的稳定性分析具有实际意义。但目前剪切带分析研究还是初步阶段,并不完善的,难以解释实际工程中的具体现象。为了进一步的研究剪切带现象,本文对南京及附近地区典型的粉土、粉质粘土和粘土进行了三轴压缩试验,得到了偏应力、有效主应力比、孔隙水压力随应变变化的关系曲线,量测了剪切带倾角,并简要分析了剪切带产生后的土体强度、应力-应变及变形特性。通过对试验数据的分析,主要结论如下:   1.具有剪切带破坏的土样,其应力-应变、有效主应力比-应变曲线均具有明显的非线性,但有效主应力比-应变曲线均表现出软化特性,与土样类型及剪切方式无关。   2.结构的不均匀、边界条件的缺陷是剪切带产生的基本条件。具有剪胀特性的粉土易于产生剪切带。原状粉质粘土和原状粘土试样中含有弱单元(如铁锰结核、砂礓等),使得土体各微小区域上结构强度的不一致,偏应力增大时就会导致剪切带的出现。   3.不排水剪切过程中,孔压与偏应力之间的关系表现出先增后减,先正后负的剪胀特性。孔压峰值可以表征土体局部开始屈服,并出现变形局部化的状态。具有剪切带的土体,较多的表现出超固结土的特性。   4.总结了Mohr Coulomb理论、Roscoe理论和Arthur理论对剪切带倾角的计算方法,并与剪切带倾角量测值进行了对比,分析了围压、干密度和含水量对其的影响。试验表明,剪切带倾角量测值与Mohr Coulomb理论计算值较为一致,粉土样剪切带倾角随着围压的增高而增大;粉质粘土和粘土样的剪切带倾角随着含水量的增加而降低。   5.土体的变形局部化现象与其应变软化特性密切相关。砂质粉土,以剪胀软化为主;原状粉质粘土和粘土,较多的以损伤软化为主。   6.对于重塑粉土试样,用主应力差渐近值因子进行应力-应变曲线的归一化,效果较好,能够预测出偏应力峰值。而具有软化性能的非线性弹性模型可以拟合峰值后关系曲线,修正剑桥模型拟合的应力应变曲线不理想。但两种模型均无法预测剪切带的基本特征(剪切带的方向、厚度、长度等)。
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