膨胀土动力变形性能的影响因素试验研究(3)
从图4中的(c)、(f)和(i)可以看出,当其他试验条件相同时,随着干密度的增大,土体产生相同剪切应变时所需的动态剪切模量逐渐增大,尤其是当干密度超过1.55 g·cm-3时,增大试样干密度能显著提高膨胀土的动态剪切模量。这是因为,随着干密度的增大,土体颗粒之间接触的紧密程度逐渐增强,土体颗粒之间的咬合力和粘聚力逐渐增大,因此膨胀土剪切破坏时需要更多的能量来克服咬合力和粘聚力所做的功,动态剪切模量随之增大。
4不同试验条件下膨胀土的应力应变关系探讨[KH*2]
选取围压为50 kPa,初始主应力方向角分别为0° 、45° 和90° 时的应力τ和应变ε,对ε和ε/τ的关系进行分析,结果如图5所示。结果表明,两者之间具有很好的线性相关性,可利用邓肯张模型式(1)对其进行分析,并求解膨胀土的初始动态剪切模量G0和最大动态剪应力τmax,并将拟合结果列于表3、4。
从表3可以看出,随着初始主应力方向角的增大,膨胀土的初始动态剪切模量和最大动态剪切应力值都逐渐减小,表明初始主应力方向角为0° 时膨胀土产生的塑性效应更加明显。当初始主应力方向角一定时,随着围压的增大,膨胀土的初始动态剪切模量和最大动态剪切应力值都逐渐增大,膨胀土的塑性效应逐渐增强。
从表4可以看出,随着含水率的增大,膨胀土的初始动态剪切模量和最大动态剪切应力逐渐减小,且随着围压和干密度的增大,两者随含水率的变化幅度增强,表明含水率对初始动态剪切模量和最大动态剪切应力的影响程度会随着干密度和围压的不同而不同。在相同条件下,干密度和围压越大,初始动态剪切模量和最大动态剪切应力越大,且含水率越大,两者随干密度和围压的变化幅度越小,进一步表明含水率、围压和干密度对膨胀土初始动态剪切模量和最大动态剪切应力的影响相互关联。
5结语
(1) 不同条件下,膨胀土的应力随应变的增大呈准弹性变化阶段、塑性屈服阶段和塑性破坏阶段3个变化阶段;随着初始主应力方向角的增大,膨胀土的动态剪切应力和动态剪切模量逐渐减小;相同条件下,围压越大,产生相同应变时动态剪切应力和动态剪切模量值越大。
(2) 相同条件下,随着含水率的增大,膨胀土的动态剪切应力逐渐降低,且降低趋势随含水率的增大逐渐减小;当外界条件一定时,随着土样干密度的增大,产生相同剪切应变时,需要的动态剪切应力值越大。
(3) 保持其他条件一定时,随着含水率的增大,膨胀土的动态剪切模量逐渐降低,当含水率大于22%时,动态剪切模量随含水率变化的趋势放缓;随着干密度的增大,膨胀土的动态剪切模量逐渐增大,尤其是当干密度超过1.55 g·cm-3时,增大试样干密度能显著提高膨胀土的动态剪切模量。
(4)膨胀土的ε和ε/τ之间能很好地利用邓肯张模型进行线性拟合;初始主应力方向角越大,G0和τmax越小;随着含水率的增大,G0和τmax逐渐减小;干密度和围压越大,G0和τmax越大;含水率、围压和干密度对G0和τmax的影响程度相互关联。
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