真三軸條件下結構性黃土的強度規(guī)律與強度準則的適應性研究.pdf

1、巖土材料的強度問題一直是巖土力學研究的熱點。天然沉積的土往往具有原生各向異性、結構性，以及加載作用下的次生各向異性和結構損傷性，導致土的強度規(guī)律變化更加復雜。盡管人們在不斷的研究探索中取得了大量的成果，但針對結構性黃土這種具有特殊性質(zhì)天然沉積土材料的強度破壞問題，不管是試驗研究還是理論分析都顯不足。復雜應力條件下結構性黃土的強度問題也一直沒有得到深入研究。
　　本文在對多種結構性黃土的真三軸試驗基礎上，首先進行了不同結構性黃土在真

2、三軸試驗條件下的強度變化規(guī)律研究，分析了兩種傳統(tǒng)強度準則對結構性黃土的適應性。然后，針對傳統(tǒng)強度準則在描述結構性黃土不足的基礎上，基于具有定法向的空間滑動面的Mises準則和變法向的動態(tài)空間滑動面的Matsuoka-Nakai準則，以及Mohr-Coulomb準則描述土剪切破壞面的特征，發(fā)展Mises準則和Matsuoka-Nakai準則空間滑動面概念，建立了軸對稱壓縮和軸對稱擠伸兩組靜態(tài)空間滑動面以及一次方和開三次方兩個動態(tài)空間滑動面

3、;提出了不同的動、靜態(tài)空間滑動面上相應的強度準則;分析了多種結構性黃土的真三軸試驗結果在這些空間滑動面上的強度規(guī)律;進行了多個空間滑動面強度準則的適應性分析。得出如下主要研究成果:
　　(1)利用西安理工大學自主研發(fā)真三軸儀上不同原狀黃土方樣的試驗結果，以及人工制備結構性黃土長方體高樣的試驗結果，揭示了結構性黃土應力空間的強度變化規(guī)律和人工制備結構性黃土的殘余強度變化規(guī)律，分析了不同黃土的結構性對強度規(guī)律的影響，以及結構剪切破壞后

4、殘余強度與結構性充分發(fā)揮后強度規(guī)律之間的差異。
　　(2)比較π平面上不同結構性黃土的強度規(guī)律和人工結構性黃土的殘余強度規(guī)律。當不同結構性黃土的破壞強度由大變小時，其在π平面上的破壞線表現(xiàn)為從抹圓曲邊三角形向抹圓角三角形變化;人工結構性黃土在π平面上的強度破壞線呈現(xiàn)為抹圓曲邊三角形，其殘余強度破壞線和Mohr-Coulomb準則破壞線較相近。
　　(3)將不同結構性黃土的真三軸試驗強度規(guī)律與Mohr-Coulomb準則和Ma

5、tsuoka-Nakai準則比較，分析了它們對結構性黃土的適應性。Mohr-Coulomb準則和Matsuoka-Nakai準則在描述結構性黃土的強度時，均存在一定的誤差，其中Mohr-Coulomb準則的誤差要大于Matsuoka-Nakai準則。Mohr-Coulomb準則在描述結構性較弱的黃土時，誤差較小，隨著結構性的增強，其誤差在逐漸增大。兩個強度準則所描述的強度均小于實際結構性土的強度值。
　　(4)在八面體面的基礎上，

6、提出了軸對稱壓縮和軸對稱擠伸兩組定法向的空間靜態(tài)滑動面，建立了相應的靜態(tài)空間滑動面強度準則?？紤]到主應力軸方向在結構性土單元幾何空間上的變化，得到了軸對稱壓縮和軸對稱擠伸兩組（六個）靜態(tài)空間滑動面及其相應的強度準則。兩組（六個）靜態(tài)空間滑動面在土單元幾何空間上具有不同的法向;在應力空間中，不同靜態(tài)空間滑動面的強度準則破壞面關于三個主應力軸均具有非對稱性。針對兩組靜態(tài)空間滑動面強度準則對結構性黃土的適應性進行了分析，軸對稱壓縮（σ2＞σ1

7、=σ3）空間滑動面準則和軸對稱擠伸（σ2=σ1＞σ3）空間滑動面準則在描述不同結構性原狀黃土的強度規(guī)律時具有良好地一致性。
　　(5)在Matsuoka-Nakai準則SMP空間滑動面基礎上，提出了一次方（σ）和開三次方（3√σ）變法向的動態(tài)空間滑動面，分別建立了兩個動態(tài)空間滑動面上的強度變化規(guī)律關系和相應的強度準則。與不同結構性黃土真三軸條件下強度變化規(guī)律比較，開三次方空間滑動面強度準則能夠更好地描述強結構性黃土的強度規(guī)律，比傳

8、統(tǒng)的Mohr-Coulomb準則和Matsuoka-Nakai準則更具有適應性。
　　(6)軸對稱壓縮（σ2＞σ1=σ3）空間滑動面強度準則、軸對稱擠伸（σ2=σ1＞σ3）空間滑動面準則和3√σ空間滑動面強度準則在主應力空間σ1＞σ2＞σ3域（π平面上羅德角變化的一個600域）內(nèi)的破壞面差異較小。但隨著大主應力的旋轉變化，兩個定法向靜態(tài)空間滑動面強度準則在π平面上其它不同600域內(nèi)，其強度破壞面與3√σ空間滑動面強度破壞面的差異較

9、大，且并非對每個主應力軸均對稱。大主應力始終作用于天然原狀黃土水平面上的真三軸強度變化規(guī)律與兩個定法向強度準則的一致性說明了它們反映天然土存在微裂隙及原生各向異性強度特性的可行性。
　　(7)3√σ動態(tài)空間滑動面的法向變化范圍小于Matsuoka-Nakai準則的SMP空間滑動面，更接近于具有等傾向法向的八面體空間滑動面。π平面上3√σ動態(tài)空間滑動面強度準則的破壞面介于Matsuoka-Nakai準則破壞面和廣義Mises準則破壞