土在不同应力路径下的力学特性分析
不同应力路径对垃圾土应力-应变关系的影响
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ，ｂ ｙ ｕｓ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ＧＤＳ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｔ ｒ ｉ ａ ｘ ｉ ｌ ａ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｐ ａ ｔ ｈ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｉ ｓ ｏ ｔ ｒ ｏ ｐ ｉ ｃ ｌｌ ａ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｄ ｓ ｏ ｌ －
Ｃ Ａ Ｏ Ｑ ｉ ｕ — ａｎ ｒ ｇ ，Ｓ Ｈ Ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ － ｙ ｏ ｎ ｇ
（ Ｃ ． ｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ，ｔ ｔ ｏ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ，￣ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ０ ０ ９ ８ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｉ ｄ ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ａ ｔ ｓ ｅ ｖ ｅ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｐ ａ ｔ ｈ ｓ ，山ｅ ｓ ｔ ｅｓ ｒ ｓ ． ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｅｎ ｒ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｐ ａ ｔ ｈ ｓ ｗ ｅ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｒ ｅ －
土力学有效应力路径_概述及解释说明
土力学有效应力路径概述及解释说明1. 引言1.1 概述土力学有效应力路径是指土体在外部作用下，内部各个点的应力状态随时间变化的轨迹。
在地质工程领域中，了解土力学有效应力路径对于土体行为和稳定性的评估和预测具有重要意义。
随着土力学研究的深入和应用需求的增加，对有效应力路径的研究也日趋重要。
本文将对土力学有效应力路径进行概述及解释说明。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，即引言、土力学有效应力路径、解释说明有效应力路径的变化规律与机制、应力路径测试方法和实验研究进展以及结论。
引言部分对本文的主要内容进行概括，并介绍了本文的结构安排。
1.3 目的本文旨在全面介绍土力学有效应力路径及其相关内容，并探讨其变化规律与机制。
同时，将会总结常用的应力路径测试方法和相关实验研究进展，并提出未来发展方向建议。
通过这些内容，可以帮助读者更好地理解土壤行为与稳定性问题，并促进该领域研究工作的进展。
2. 土力学有效应力路径2.1 定义与背景土力学有效应力路径是指材料中在外部加载作用下的应力变动过程所遵循的路径。
在土工工程领域中，研究土壤中应力变化规律对于预测土壤变形和强度具有重要意义。
2.2 有效应力路径的重要性有效应力路径是土壤中发生变形、破坏和剪切行为的关键参数之一。
通过了解土壤在加载过程中应力状态的变化，可以更好地理解其变形和强度特性。
有效应力路径可以帮助工程师设计合适的基础结构和地下工程，并评估它们的安全性。
2.3 影响因素及其解释说明多种因素会影响土壤中的有效应力路径。
首先是荷载施加速率，快速施加荷载会导致不同的应力传递机制，从而改变有效应力路径。
其次是孔隙水压，水分状态对土壤内部颗粒之间接触及摩擦特性产生影响。
此外，颗粒骨架结构也直接决定了应力传递机制以及有效应力路径。
需要进一步解释的是，荷载历史和路径也是影响有效应力路径的重要因素。
如果土壤在先前的加载过程中受到多次加载和卸载循环的作用，其强度和变形特性将会发生不同。
不同应力路径下上海软黏土三轴不排水剪切孔压的对比
上海国土资源doi:10.3969/j.issn.2095-1329.2023.03.005不同应力路径下上海软黏土三轴不排水剪切孔压的对比高彦斌，晁 浩（同济大学土木工程学院，上海 200092 ）摘 要：软黏土不排水剪切过程中的孔隙水压力分析是软土工程的一个重要研究方向。
三轴试验是研究软黏土不排水剪切孔压及孔压系数的传统方法，而孔压以及孔压系数的大小与应力路径以及剪应变的大小有关。
利用 GDS 应力路径三轴仪，对上海软黏土原状土样与重塑土样进行了三轴ICUC （等压固结压缩剪切），三轴ACUC （K 0固结压缩剪切）和三轴ACUE （K 0固结拉伸剪切）三种应力路径的不排水剪切试验，对比这三种试验的剪切孔压及孔压系数的大小及变化规律，给出结构性以及各向异性对剪切孔压的影响规律。
最后根据试验结果给出了上海软黏土在变形较大情况下的剪切孔压—应变双曲线模型的参数，可供设计计算采用。
关键词：软黏土；孔隙水压力；不排水剪切；三轴剪切试验中图分类号：TU41；P642.11 文献标志码：A 文章编号：2095-1329(2023)03-0028-06在软黏土地基的稳定性分析中以及固结变形分析中，不排水加载下的孔隙水压力分析是其中一个重要内容，也是土力学中的一个重要研究方向。
孔压从力学机理上可分为两部分，球应力产生的孔压p u 和偏应力产生的剪切孔压q u [1]，即：p q u u u =+ (1)对于饱和黏性土，一般认为p u p = ，其中p 为球应力增量。
因此，不排水剪切孔压确定的关键点在于剪切孔压q u 的确定。
孔压公式法是确定孔压的经典方法。
该方法通过总应力增量来预估孔压增量p u 和q u 。
最经典的孔压公式有适用于三轴应力状态（三轴压缩）的斯肯普顿公式[2]：()r a r u B AB σσσ=+− (2)和适用于普遍应力状态的亨克尔公式[3] ：oct u p βατ=+ (3)式中：u —孔隙水压力增量（kPa ）；A 和B 为斯肯普顿孔压系数；α和β为亨克尔孔压系数；a σ 为轴向应力增量（kPa ）；r σ 为径向应力增量；p 和oct τ 分别为球应力增量和八面体剪应力增量。
土体应力应变特性
-12-
校正曲线
e
pc 原状土样
厚壁土样
薄壁土样
重塑土样 ln p
土的结构是土的组成成分、空间排列和粒间作 用力的综合特性。
1.1.5 土的流变性
• 与土的流变性有关的现象是土的蠕变与应力松弛
• 蠕变：指在应力状态不变条件下，应变随时间逐渐增长的现象； • 应力松弛：指维持应变不变，材料内应力随时间逐渐减小的现象。
• 早期土力学中的变形计算中主要是基于线弹性理论。 • 在计算机技术得到迅速发展之后，非线弹性理论模型
才得到较广泛的应用。
-22-
1.2.1 线弹性模型
• 在线弹性模型中，只需两个材料常数即可描 述其应力应变关系：E 和μ；或K和G；或λ和 G；或M和G。
-23-
一、E 和μ形式的应力应变关系
x
y
1
z
x
z
E 1 1 1 2
z
1
x
y
xy
E
2 1
xy
yz
E
2 1
yz
zx
E
2 1
zx
-25-
D
x , y , z , xy , yz , zx T
x,
y , z ,
xy 2
,
yz 2
1 e0
M与K的关系
z v
m
1 3
z 1
2K0
K
1M 3
1
2K0
-39-
4. Lame常数λ
x
• Lame常数有λ和G两个，G为剪切模量 • λ为无侧胀条件下的单向变形弹性模量 • 利用压缩试验测定。
不同应力路径下黏土的各向异性研究
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｗ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔｓｒ ｓ ｉｔｒｅ ｔ ｄｆ ｒ ｎ ｔｅ ｓｈ ｓｏ ｓ，ｔ ｅ ｈ ｔｒ ｓ ｅ ｓｉｉｙ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｅ ｔ ｆｃａ ｔ ｈ ｆ ｉ ｈ ｅ ｅｏ ｃ ｄａ ｔ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ ｔｓｓｏ ｌｙ ｗｉ ｃ ｈ ｄｆｅ ｅ ｔｓｒ ｓ ｉｔｒｅ ｒ ａ ｒｅ ｕｔｕｓｎ ｒａ ｉｌｔ ｓｉｇ ｍａ ｈｉ ｏ ｎ ｎ ｕ ｈｅ ｆｒ ｉ ｒ ｎ ｔｅ ｓ ｈ ｓｏ ｓ ａ ｅ ｃ ｒ ｄ ｏ ｉ ｇ ｔｉｘ ａ ｅ ｔｎ ｃ ｎｅ ｆｒｆ ｄｉ ｇ ｏ ｔｔ － ｆ ｉ ｉ ｉ ｏ
发展 （ 消失 ） 的形 式 及 变 形 特 性 ， 文 利 用 三 轴 试 本 验机 ， 对给 出了各 种 应力历 史 的黏土 进行 了 异向 压
密 试验 ， 究 分析 各 向 异性 的发 展 （ 失 ） 式 以 研 消 方
试验， 具有相同剪切历史的试验共进行了 ３ 试验 １ 次． 是以正 磁 状态作为初期状态， 试验 ２ 是经历了剪 切历史（ ｏ／ ， ２２ ） 以主应力比一定 （ Ｒ： ｒ ｏ ＝ ． 后， ， ｒ ５ Ｒ＝
１５ 的条件下进行异 向压密 试验． 验 ３是经 历了异 ．） 试
及对 变形 的影响．
表 １ 应 力路 径
序 号
Ｔｅ ｔ ｓｌ Ｔ ｓ ｅｔ ２ Ｔｅ ｔ ｓ３
向压密历 史 （ ｒ／ 。 ） ， Ｒ＝ｏ ｏ ＝２２ 后 以主 应 力比一 定 ｒ ５
（ １５ 的条件下进行 异 向压 密试验． Ｒ＝ ．） 如表 １ 图 １ 和
实验所采用的是藤 的森黏 土 ， 水条件下进行 在排 压密试验． 验全 部是从 等方 向压 密状态 开始 的 ， 实 首 先制作 出平均 主应 力（ ４ Ｐ ） 定的等方 向应力 ｐ＝ ９ｋ ａ一 状态 ， 后从这一应力状态开始进行 各 自应 力路径 的 然
不同应力路径下宁波粘土K_0固结三轴试验研究
根据 表 ４中相 关 参 数值 ， 以得 到 不 同应 力 可
路径 下 总 应 力 和 有 效 应 力 的 Ｋ 线 ， 图 ６ ７ 如 、
点即为剪缩剪 胀过渡点 ， 相关参数值 如表 ４所列 。
表 ４ 斌 样 过 渡 点 相 关 参 数
应 力 路 径 固
以 乳 ＝ １Ｏ Ｏ ２８ ３ ９ ８ １０ ４ ｋ Ｐ
过渡 点 孔 压
ｕｋ ａ ／Ｐ
孔 压 系数
Ａ
０ ６ ． ０ Ｏ ５ ． ６ ０ ６ ． ７ ０ ４ ． ３ ０ ７ ． １
土 的性 质 存在 明显差 异［ ］ ２ 。
宁波软 土工 程地 质 性质 往 往 劣 于北 部 的 天 津 、 上
海软土， 而优 于 南 部 的温 州 、 江 、 湛 广州 软 土 。宁 波 粘 土物理 力学指 标见表 １ 。
宁波 软土是 由多次海 陆变 迁历 史堆 积的松 散
表 １ 宁 波 粘 土 物 理 力 学 指 标
线趋 于一水 平 直线 。随着试 验 的进行 ， 和 均
２ １ 应 力～ 变特 性分 析 ． 应 Ｋ。固结 时 ， Ｐ、 Ｐ 和 减 Ｐ３种应 力 路 径 增 等 下 不 同固结 围 压原 状 土 偏 应 力 （ ：ｏ 一 ） 轴 ｇ ＂ １ 与 向应 变 ￡ 的关 系如 图 ３ 示 。 所
压 缩 试 验 ， 讨 了 增 Ｐ、 Ｐ 和减 Ｐ３种 应 力 路 径 条 件 下 宁 波粘 土 的应 力 一 变 、 隙 水 压 力 和强 度 探 等 应 孔 特 性 ， 结合 试 验 结 果 分 析 了 粘 土 的 总 应 力 路 径 和 有 效 应 力 路 径 特 性 。结 果 表 明 ， 应 力 路 径 和 并 总 有 效 应 力 路 径 的变 化 趋 势 基 本 一 致 ． 同 应力 路径 下 ｑ 非 线 性 关 系 明 显 ， 体 呈 现 弱 软 化 型 ； ． 不 ＿ ｅ 土 不 同应 力 路 径 下 土 的峰 值 强 度 和土 中孔 隙 水 压 力 差 异 明 显 ； 力 路 径 对 粘 聚 力 影 响 较 大 ， 内摩 擦 应 对 角影响不大 ， 有效 强度 指标 则呈 相 反 趋 势 。 关键词 粘土 应力路径 三轴试验 强 度
三轴试验中体变和轴向应变的关系
三轴试验是岩土力学中常用的一种试验方法，通过施加不同的压力和剪切力来研究土体在不同应力状态下的力学特性。
在三轴试验中，土体的体变和轴向应变是两个重要的参数，其关系对于土体的力学性质研究具有重要意义。
本文将从体变和轴向应变的概念、影响因素以及相关理论模型等几个方面进行探讨。
一、体变和轴向应变的概念体变是指土体在受到外部力作用下，体积发生的变化。
在三轴试验中，通过测量土体在不同应力状态下的体积变化，可以得到土体的体变特性，如压缩模量、泊松比等参数。
体变的大小和方向受到外部应力的影响，其大小可以用体应变来表示。
轴向应变是指在土体受到轴向应力作用下，沿轴向方向发生的应变。
在三轴试验中，通过施加不同的轴向应力并测量对应的轴向应变，可以得到土体的轴向应变特性。
轴向应变的大小和方向受到轴向应力的影响，其大小可以用轴向应变来表示。
二、体变和轴向应变的影响因素1. 土体的物理性质：土体的物理性质包括颗粒大小、排列密实度等因素，这些因素会影响土体的体变和轴向应变特性。
颗粒较大的土体一般具有较大的体变和轴向应变，而排列密实的土体则具有较小的体变和轴向应变。
2. 外部应力状态：外部应力状态是影响土体体变和轴向应变的重要因素之一。
在三轴试验中，通过施加不同大小和方向的应力，可以得到不同应力状态下的体变和轴向应变特性。
3. 土体的孔隙结构：土体的孔隙结构是影响土体体变和轴向应变的另一个重要因素。
孔隙结构的大小和分布会影响土体在受到外部应力作用下的变形特性，从而影响土体的体变和轴向应变。
三、体变和轴向应变的理论模型1. 应变-体应力模型：应变-体应力模型是描述土体体变和轴向应变关系的重要理论模型。
该模型通过对土体的压缩过程进行分析，建立了应变和体应力之间的数学关系，从而描述了土体的体变特性。
2. 应变-剪切应力模型：应变-剪切应力模型是描述土体轴向应变和剪切应力之间关系的重要理论模型。
该模型通过对土体的剪切过程进行分析，建立了应变和剪切应力之间的数学关系，从而描述了土体的轴向应变特性。
不同应力路径下红粘土的力学特性
1.74 2.70 1.26 69.9 33.0 0.66 硬塑
6 3.0～4.0 43.3
1.75 2.66 1.28 65.7 37.6 0.66 硬塑
由试验结果分析可以看出，本区碳酸盐岩红粘 土物理性质指标具有如下特征：
(1) 粘粒含量高，可达 48%～67%，其原因可 能与成土过程中的化学风化和红土化有关，在物理 性质上反映出红粘土具有高塑性和高孔隙比。
压缩系数 a1-2/MPa－1
压缩模量 Es/MPa
变形模量 比例界限 无侧限抗压强度
Es/MPa
P0/kPa
/kPa
0.20～0.60 5.0～16.0 8.0～26.0 160～300
30～45
注：本表参考了若干实际工程中碳酸盐岩红粘土的试验资料。
以上碳酸盐岩红粘土物理力学性质指标的不完 全统计数字表明，跟一般粘性土相比，碳酸盐岩红 粘土的天然含水量虽较大，但液性指数并不大；孔 隙比虽大，但压缩性并不高，属中～低压缩性土； 内摩擦角较小，粘聚力却较大，其承载力较高。
3 总应力与有效应力强度
土的力学特性与土体中应力变化过程、应力状 态有关，常规的直剪试验、三轴试验不能真实反映 天然土层的初始应力状态，所测得的土的应力-应 变、强度规律及其参数不能反映实际加荷方式、先 后次序以及加荷过程中应力-应变对土体变形和强 度特性的影响。
对于同一种土，采用不同的试验仪器和不同的 加荷方法使之剪破，试样中应力变化过程是不相同 的。为了较深入地了解土体的强度特性和合理地选 择设计参数，分析应力变化过程对土的力学性质的 影响，可以用应力坐标图中的应力路径来描述土体 在外荷作用下的应力变化。实际工程中，在外荷作 用下土中的应力-应变比较复杂，要在试验中真实地 描述这样的应力路径是很困难的。为此，作者根据 红粘土土体的实际受力状态，采用土体在固结时的 应力状态及固结后剪切阶段轴向压力σ1 和围压σ3 的 不同组合，来模拟土体实际受荷时不同的应力状态。
不同应力路径下饱和黄土应力应变及孔压特性分析
不同应力路径下饱和黄土应力应变及孔压特性分析郅彬;王番;胡梦玲;吴长炎;任兴【摘要】通过GDS多应力路径试验仪,对饱和重塑黄土开展不同应力路径下的固结不排水试验.分析和探讨了常规三轴压缩、增p、减p和等p应力路径下饱和黄土的应力与应变关系和孔压特性变化规律.试验结果表明,不同固结方式所得到的应力峰值和稳定的孔隙压力明显不同.在等压固结方式下,减p等p和增p路径所对应的应力峰值和稳定孔隙压力值依次增大;且减p、等p和增p三种路径下的应力峰值和稳定时的孔隙压力值均随初始固结应力增大;在偏压固结方式下,减p、等p和增p路径所对应的应力峰值依次减小,减p增p路径所对应的稳定孔隙压力值大于等p路径,减p路径下的稳定孔隙压力值最大.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)022【总页数】5页(P244-248)【关键词】黄土;应力路径;三轴试验;孔压;应力应变关系【作者】郅彬;王番;胡梦玲;吴长炎;任兴【作者单位】西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054【正文语种】中文【中图分类】TU411.3众所周知，在对基坑、边坡等相关岩土工程问题进行研究时,会因为技术、经济等要求需要采用常规三轴试验来进行土的力学性质研究。
土体的性质不仅取决于当前的应力状态；而且与土体中的实际加载方式、加载次序等有关，也就是与应力路径密切相关。
因此，土的应力路径的研究引起了许多学者的重视。
在试验研究方面，曾玲玲等[1]对软土在不同应力路径下的力学特性进行了分析；殷杰等[2]进行了天然沉积粉质黏土的应力路径试验研究；胡海军等[3]研究应力路径试验前后黄土孔隙形状的改变；翁鑫荣[4]通过原状软土样的等向固结和K0固结不排水三轴试验；分析讨论了软土的剪切强度、孔压以及有效应力路径特性；李校兵等[5]利用GDS 三轴仪对原状温州饱和软黏土进行5种应力路径下的K0固结三轴不排水试验，分析不同应力路径下土体的应力-应变关系、孔压发展及有效应力路径；谷川等[6]通过联合使用LVDT(局部应变传感器)的三轴设备，系统地研究了应力路径对饱和软黏土割线模量尤其是小应变情况下割线模量的影响。
三轴试验报告
三轴试验报告引言：三轴试验是一种常用的地质力学试验方法，通过对土壤样品的加载和变形进行观测和分析，以了解土壤力学性质和工程行为。
本报告旨在分析和总结三轴试验的实验结果，并对土壤的力学特性进行评估和解释。
一、实验目的三轴试验旨在研究土壤在不同应力状态下的力学特性，包括抗剪强度、应力应变关系和变形特性等。
通过本次实验，我们希望了解土壤的抗剪强度、塑性和压缩特性。
二、实验装置和方法本次试验使用了常规的三轴试验装置，包括试验设备、介质装置和传感器等。
试验过程中，首先根据土壤的物理性质选取了适当的试样，并将其制备成规定的尺寸和密度。
然后，我们在试样上施加一定的垂直荷载，并通过三轴装置施加一定的径向和切向应力。
在试验过程中，我们根据实验要求逐步增加荷载，直至试样破坏。
三、实验结果分析根据试验数据和实验结果，我们得出以下结论：1. 抗剪强度：通过三轴试验获得了土壤的抗剪强度参数，包括摩擦角和内聚力。
实验结果表明，土壤的抗剪强度与应力状态、密实度和颗粒特性有关。
高密度和尺寸较大的颗粒通常表现出较好的抗剪强度。
2. 应力应变关系：三轴试验结果还提供了土壤的应力应变关系，其中包括应力路径、应变曲线和模量等。
试验结果显示，土壤的应变特性在不同应力状态下表现出不同的非线性和弹塑性行为。
3. 变形特性：通过三轴试验，我们还能得到土壤的变形特性，如压缩系数、剪胀性和渗透系数等。
实验结果表明，土壤在受到应力加载时会出现不同程度的压缩变形和剪切变形。
四、实验误差和改进在本次实验中，我们认识到存在一些实验误差和不足之处。
其中包括采样过程中的干扰、试样制备的不均匀性以及实验过程中的操控误差等。
为了提高实验结果的准确性和可靠性，我们可以采取以下改进措施：加强对土样的采集和处理、优化试样的制备过程、加强实验操作的规范和标准化、提高仪器设备的精度和稳定性等。
五、实验应用和意义三轴试验在工程领域中具有重要的应用价值和深远的意义。
通过对土壤力学性质的研究和评估，可以为岩土工程设计和施工提供基础数据和依据。
土中自重应力的分布特点
土中自重应力的分布特点土体力学是一个重要的学科，它研究土体的力学性质并揭示了土体的力学本质。
土体在受到外力作用时，会产生应力。
其中，自重应力是土体自身重力作用下产生的应力。
它对于土体的力学性质有着重要的影响，因此研究土中自重应力的分布特点对于土体的工程应用有着重要的意义。
土中自重应力的分布特点可以按照分布范围、分布形态、分布深度等不同类型进行划分，下面将从这三个方面进行分析。
1. 分布范围土中自重应力的分布范围可以分为单轴和多轴两种情况。
单轴情况下，土体的自重应力与重力方向相同，因此只有一个应力分量。
多轴情况下，由于土体受到三个不同方向的重力作用，因此自重应力分为三个分量，即径向应力、切向应力和水平应力。
单轴情况下，土中自重应力分布的范围主要受到土体的高度和地面上的作用力大小的影响。
在黑土等比较厚的土层中，自重应力可以达到较高的值。
多轴情况下，土中自重应力的分布范围比单轴情况下更为复杂，需要通过力学分析和实验来确定具体的分布情况。
2. 分布形态土中自重应力的分布形态可以分为均匀和不均匀两种情况。
均匀的分布形态指的是土中自重应力在水平方向上具有相同的分量大小，而在竖直方向上随深度变化而增大。
在一定范围内，自重应力分量与深度之间成线性关系。
当深度增加时，自重应力分量的增加速率逐渐降低。
非均匀的分布形态指的是土地自重应力在水平方向上具有不同的分量大小，而在竖直方向上也随深度变化而不同，即具有梯度分布的特点。
此时的土体通常不是各向同性的。
3. 分布深度土中自重应力的分布深度是指土中自重应力产生的深度范围。
当土体的厚度较小时，土中自重应力的分布深度相对较浅，而且均匀。
随着土体厚度的增加，自重应力产生的深度将逐渐加深，并且在竖直方向上的分量大小也将增大。
总的来说，土中自重应力的分布特点受到土体的高度、重力作用、土型、深度等多重因素的影响。
了解土中自重应力的分布特点对于工程设计和土体的力学本质认识具有重要的作用。
高等土力学(李广信)2.3 土的应力变形特性ppt课件
Volume Strain
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
-2
图2－8 用DDεAa计(1/1算00) 的密砂应力应3 变曲
各 向 等 压 压 缩 试 验 结 果
图2－9 各向等压试验
4
图2－10 承德中密砂的三轴试验（ 500kP5 a）
土的体积收缩趋势 剪应力引起的体胀有恢复的趋势； 但是剪应力引起的体积收缩是不可恢复的； 各种形式的应力的重复总是引起体缩的积累。
4
2 1.5
1
σ1-σ3(100kPa)
5
4
6
3
2
1
0.5
ε1(%)
-1 0
2
4
6
ε1(%)
0
8
10
-0.5 0
2
4
6
8
10
1
0 0
1
2
3
4
5ε1(%)
εv(%)（d)σ3=300kPa triaxial test
(εe)v(σ%)1=300kPa tiaxial extension test
-1
εv(%)
14
各向异性
图2－19 砂土的各向异性
15
土的结构性 图2－20 原状土与重塑土的压缩曲线
16
流变性—蠕变与应力松弛 图2－21粘土的蠕变与应力松弛
17
影响因素 应力水平（围压）
图2－22 不同围压的三轴试验曲线 18
应力路径：A－1－B；A－2－B，比较
图2－23 不同应力路径的应力应变曲线
6
体缩
体胀
图2－11 剪应力下的颗粒的运动与体变
不同应力路径下黏性土的力学特性研究
150科技研究城市道桥与防洪2020年10月第10期D01:10.16799/ki.csdqyfh.2020.10.042不同应力路径下黏性土的力学特性研究丁国洪（上海市政工程设计研究总院”•有限公司，上海市200092）摘要：对上海地区⑤$层软黏土进行了常规三轴、减压三轴试验，以研究考虑不同应力路径的力学特性。
分析了初始固结状态对软黏土应力路径的影响，比较了不同应力路径下土体的应力-应变关系特征和孔隙水压力变化规律，计算了土体抗剪强度指标。
研究结果表明，应力路径对土的峰值强度、孔压、有效应力路径等特性影响很大，软粘土的应力-应变关系具明显的非线性，且基本呈应变硬化常规三轴试验孔隙水压力值，减压三轴试验中总体值；初始固结状态对黏土的抗剪强度有的影响，且影响对黏聚力值上，对角值影响较小。
关键词：三轴固结不排水试验；应力路径;!o固结;力学特性中图分类号：TU45文献标志码：A文章编号：1009-7716（2020）10-0150-040引言Lambe[1]1967年提出了应力路径，在土性分析考虑应力路径的影响。
期的研究对黏性土（Lade和Duncan）[2-3],果明土的应力-应变状态与应力路径有关。
国等[4]的研究指，软黏土的应力-应变关系不具有非线性特点，常固结和黏土的应力-应变线以线，而且应力路径的影响。
基，土体应力下，不同的应力路径不同，其力学行不同的。
对下软土特性的研究，玲等[5-6]固结不排水剪试验考虑不同应力路径对软土不同固结下的力学特性进行了研究。
CHARLES[7]对基的应力路径进行分析，国彬冈研究了上海软土的。
上研究果不同角度了应力路径对黏性土力学特性的影响，软黏土具有明显的特，对具有明显区性特的土体，应力路径对软黏土特性的影响有很k 上海，有表性海的黏性土进行研究，应变制式三轴仪和GDS应力路径三轴仪考虑不同固结和应力路径进行三轴固结不排水剪试验，了固结状态和应力路径对软土的应力一应变特性%孔压特性和强度特性的影响，以期试验果的积累，应供基础依据。
标准应力路径静三轴试验
标准应力路径静三轴试验
标准应力路径静三轴试验是土力学中常用的一种试验方法，用于研究土壤在不同应力水平下的力学性质和变形特性。
该试验通过施加三个相互垂直的均布应力来模拟实际工程中土壤受到的复杂应力状态。
标准应力路径静三轴试验常用于研究土壤的强度特性、孔隙水压力的变化规律以及土壤的变形特征等。
在试验中，首先确定所要研究的土壤样品的特性参数，然后按照预定的载荷路径施加应力，观测土壤的应力应变变化，最终得出相关的试验结果。
标准应力路径静三轴试验通常使用专用的试验设备，包括垂直荷载、水平荷载以及测量设备等。
试验样品通常采用圆柱形，通过在试验过程中施加不同大小的荷载来模拟实际工程中的应力状态。
标准应力路径静三轴试验的结果可以用于工程设计和土壤力学理论研究等领域，帮助工程师和研究人员更好地理解土壤的力学性质，从而指导实际工程的设计和施工。
土体应力应变特性
土的各向异性可分为初始各向异性 （Inherent anisotropy）和诱发各向异性
（Induced anisotropy）。
初始各向异性: 天然沉积和固结造成的 -9-
等向压缩试验是检验初始各向异性的最简单方法。
试验表明：轴向应变小于体应变的1/3，εz=(0.17～0.22)εv。
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中密砂的真三轴试验。 σ3 ＝300kPa 保持不变，中主应
力不同(b=常数) 试验表明：随着中主应力的增
加，曲线初始模量提高，强度 也有所提高，体胀减少，应变 软化加剧。
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三、应力历史
应力历史包括 （1）天然土在过去地质年代中受到的固结和地壳运动作用； （2）土在试验室（或在工程施工、运行中）受到的应力过程。 超固结土与正常固结土的应力-应变曲线区别。
取样和其他扰动会破坏原状土的结构。
原状粘土无侧限抗压强度与扰动重塑土强度之比称为灵敏 度，它是粘性土的结构性的一个指标。
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校正曲线 e
pc 原状土样
厚壁土样 薄壁土样
重塑土样 ln p
土的结构是土的组成成分、空间排列和粒间作用力的综合特性。
1.1.5 土的流变性
与土的流变性有关的现象是土的蠕变与应力松弛
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1.1.2 土的剪胀性
剪胀性(Dilatancy)：密砂或强超固结粘土偏差应力增加引
起了轴应变的增加，除开始时少量体积压缩(正体应变)外，发 生明显的体胀(负体应变)。
广义的剪胀性：指剪切引起的体积变化，包括体胀，也包
括体缩。后者也常被称为“剪缩”。 剪胀性实质：由于剪应力引起土颗粒间相互位置的变化，使排
表明竖直方向比水平方向的压缩性小。
不同应力路径下膨胀土强度变形特性的试验研究
Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ Ｓ ｒ ｎ ｔ ｎ ｆ ｒ ｎ ａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｐｒ ｍｅ ｔ ｌＳ ｕ ｙ ｏ ｔｅ ｇｈ ａ ｄ Ｄｅｏ ｍｉ ｇ Ｃｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｆ ｃ
２ 试验 成果整理 与分析
２ １ 等 向 固结三轴 压缩试 验成 果整 理与分 析 ．
试验研究 中三轴压 缩试 验的应力 路径类型为 ： 动压缩 被 类 型的 ３ 不变 ， 增加 的增 Ｐ三轴试验 ； 增加 ，３ ｌ ｌ 减小 的 等 Ｐ三轴压 缩试验 及主动 压缩类 型的 。 不变 ， 减小 的减 ，
０ 前
言
表 １ 膨 胀 土 的物 理 性 试 验 成 果
土 的性质除 了与当前的应力状态 及应力历史有关 ， 还受
加荷方式 、 加荷 速率 、 加荷次数 的影 响， 近些 年来 ， 研究 者们 开展 了不 同应力路 径下土的力学特性试验研究 ＿ Ｊ对于具 】 ， 有相 同初始应力状态的土体 ， 经历不 同应力路径会 有不 同的 强度与变形特性。 目前工程 计算 中所采 用的计算 参数 一般 都是基于等向固结轴向加荷试验 ， 这与实际工程情 况是不一
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不 同应 力 路 径 下膨 胀 土 强度 变 形 特 性 的试 验 研 究
基坑开挖中土体受力状态与应力路径分析
基坑开挖中土体受力状态与应力路径分析科J技J论l坛——黑龙江——投信思基坑开挖中土体受力状态与应力路径分析李林国(中铁九局一公司,辽宁锦州121000)摘要:侧向土压力的分析与计算是基坑开挖设计的重要内容之一,而土压力又受挡土墙变位方式,土体应力历史,地下水渗流等多种因素影响.经典土力学考虑这些因素时存在缺陷,而一般的室内模拟试验也往往不能反应实际工程情况.则主要从基坑开挖中的土体应力状态和应力路径分析入手,考虑其对侧向土压力的影响关系,并结合模拟基坑开挖实际受力状态的三轴试验,对考虑应力路径的土压力试验研究提出一点建议.关键词:侧向土压力;应力路径;三轴试验l棚_述随着我国高层建筑和城市轻轨的大量建设,深大型基坑工程的施工越来越多,由开挖引起的各种问题也越来越多.基坑工程是一个系统工程,与场地工程地质勘测,支护结构设计,施工开挖,基坑稳定,现场监测管理,相邻场地和建筑等因素密切相关.因而,基坑设计与施工也就涉及到地质条件,岩士性质,地下水变化,施工工艺,相邻场地影响等相关复杂问题,需要在实践中不断积累经验,进一步研究和完善其相关理论.基坑设计中侧向土压力的分析计算也是和许多因素有关,如土体陛质参数fc,等),支护结构的刚度和变形以及施工工艺等.现行的为经典土压力理论Coulomb土压力理论f】776)和Rankine土压力理论(1857)~个基本假定,即:a挡土结构视为冈十陛;b.土体是理想刚塑l生体;r一土体屈服破坏服从Mohr—Coulomb准则.由该理论推得的是极限乎衡状态下的土压力值,土压力呈直线分布.其优点是计算简单,力学概念明确,故自建立以来一直为工程设计所采用.经典土压力理论存在的两个明显弱点是:a没有考虑挡土墙的变位方式对土压力的影响;b.土体变形必须达到临界极限状态.然而,在现在的深大基坑中,支护结构通常属于柔性支护范畴,变形主要表现为弯曲而非像大多数刚性挡墙的平移或f噼;另外,出于附近相邻场地影响因素的考虑,基坑开挖更多考虑的是变形控制而非强度控制,从而土体变形也处于非临界极限状态,即我们所说的中间状态,故作用于挡土结构上的土压力不是严格意义上的主动土压力和被动土压力.因此,在Coulomb—Rankine土压力理论基础上,考虑挡土结构的变形和位移,基坑中土体的应力历史和应力状态,以及地下水渗流对基坑开挖中土压力的影响关系研究是很有意义目要的.国内不少学者做了这方面的研究.魏汝龙认为,在墙前和墙后采用了同样的强度指标,而不区分加载和卸载晴况,是不太合理的,基坑开挖应考虑卸载影响,用固结快剪强度指标来计算墙前被动土压力;陈书申针对软土地层中高层建筑深基坑支护问题,通过分析经典土压力理论的局限性,建议了考虑小变位条件下的位移,强度,开挖深度和超固结效应的土压力计算方法;张燕凯等呕用曲线拟合方法并结合考虑土体蠕变的丰寺.'探讨了考虑开挖深度和时间效应的土压力计算公式;吴铭炳嗵过在软土地基深基坑支护中土压力和L隙水压力的测试分析提出当利用朗肯公式进行土压力计算时,主动土压力计算取固绪陕剪指标,被动土压力计算取快剪指标;张云君等l7l认为,主,被动土压力不是一成不变的,应考虑位移的土压力模型区分主,被动区,再进行土压力计算;汪中卫等l8]则根据上海地铁车站的工程实例,提出了—种考虑变形,卸载以及应力历史等多种因素的土压力计算模式.本文中主要分析了基坑开挖中对侧向土压力分析计算具有重要影响的土体的应力状态与应力路径.2基坑开挖中应力路径分析在基坑工程中,原状土的应力路径,土与土中水的相互作用等因素,使得作用于围护结构上的土压力与经典的土压力具有很大的差别.特别是软粘土的应力～应变关系不但具有非线性,还受应力路径的影响,而且基坑开挖过程中土体的应力路径是变化的.如果土压力计算没有考虑开挖的实际直力路径的影响,会直接导致支护结构设计不准确.因此有必要着重分析开挖中土体的应力路径.(a)砂土;(b)粘土图1挡土墙后土体应力路径2.1基于挡土墙水平移动的平面图2基坑开挖影响区域划分图3基坑开挖中的土体应力路径应变问题应力路径分析p=(13-+:qIT一/2o各区特点分析如下:应力路径可分为总应力和有效应力路径之I区:=IT,IT=IT,随着基坑开挖,支护分,按有效应力原理,同时刻二者之差为该点此时结构发生侧向唯一,土体单元的垂直向应力不便,的孔隙水压力.一般可以把应力路径绘制在水平向应力减小,水平向应力在静止土压力与主T—IT,IT一IT,IT一IT,P—q等应力平面上.这里动土压力之间变化.应力路径如图3中AD所示;考虑的是当挡土墙前移(卸载过程)或后移(加载Ⅱ区:上部土体开挖后,上覆土压力减小,土过程)时墙后一点土体的有效应力路径在13"r-IT体单元的垂直向应力减小.基坑开挖过程中随着应力平面内的变化规律.支护结构的侧向位移和坑底隆起,土体单元的水当墙前后移动或绕墙角转动时,墙后土体中平向应力发生变化.应力路径如图3中AFG所一点M的土压力应力路径如图1.由于砂土在土;压力变化过程中产生的孔隙水压力立即消散,可Ⅲ区:随着上部土体的开挖,土体单元的垂认为孔隙水压力一直为零,应力路径既是总应力路径又是有效应力路径..在填土过程中设墙体不动,土体处于静止土压力状态,随着填土,M点ITl=^yh,IT3=e【FKoh(eo,Ko分别为静止土压力和静止土压力系数).应力路径眼K.线变化,当墙向离开土体的方向移动时,土体处于主动状态,IT.不变,,减小直至达到主动极限状态,产生主动土压力相应的应力路径如图1(a)中0一m一1—2线所示.当墙向后移动时土体处于被动状态,仍不变,增加直至达到被动极限状态,产生被动土压力e,如图l(a)中0一Ill一3—4线所示.若墙后填土为粘土,由于孔隙水压力影响,有效应力路径如图1(b)所示.静止状态与墙后填土为砂土隋况一样,只不过eo较小而已.当墙外移时,由于来不及排水,产生负的孔隙水压力使.下降而增加.之后随着墙的继续内移和孔隙水压力消散,.和,同时稍有上升最后达到被动极限平衡状态,相应的应力路径如图1(b)所示.22基坑开挖影响区域与土体应力路径分析现有理论一般把基坑开挖影响区域划分为4个部分,如图2所示.在p-q应力平面中进行应力路径分析,其中直向应力逐渐减小,水平向应力不变.土体单元的应力路径如图2中ACE所示;Ⅳ区:土体单元的垂直向应力不变,水平向应力变化较小,土体单元的应力路径如图3中AF 所示.由上述分析可见,基坑开挖过程中土体单元的应力路径不同于一般加载的应力路径.上述的4 个区域中,I区和对基坑变形的影响最大,其中I区是侧向变形的主体,II区对基坑变形的影响最大.其中,I区是侧向变形的主体,Ⅱ区为支护结构提供反力,也对基坑变形产生重要影响.在图3 所示的应力路径中,AB为轴向加载的应力路径, AC为轴向卸载的应力路径,AD为侧向卸载的应力路径,三种应力路径各有不同的破坏点,破坏时的应力状态各不相同,各应力路径对应的应力应变关系也不相同.但是根据大量的工程实践资料,实际测得的支护后的土压力往往小于计算值.殷Ii认为,这是由于一部分土体先受到向基坑外侧的挤压,随后因为基坑的开挖,支护又向坑内移动,从而造成这部分的土体被压密后又放松.由此,对前述的基坑开挖影响区域中I,Ⅱ一19—科——黑龙江——技信思科I技I论『坛区的应力状态分析应作出如下认识:I区随着基坑的开挖,支护结构发生侧向位移,土体单元的垂直向应力不变,但水平向应力减小或增大,水平向应力可能在静止土压力与主动土压力之间变化, 也可能是在静止土压力与被动土压力之间变化. 如图4所示,支护受力后变形,支护底部可能向I 区挤压,该区的土体单元水平应力可能增大,也可能减小;同理,Ⅱ区上部土体开挖后,上覆压力减小,土体单元的垂直向应力减小,土体单元的水平向应力也增大或减小.图4支护结构对土体的挤压效应3模拟基坑开挖应力状态的三轴试验方法如前言所述,考虑多种影响因素的土压力理论研究虽然已开展大量工作并取得很多成果,但影响基坑工程中土压力的因素复杂,特别是关于基坑工程中土体应力状态的模拟研究,由于仪器等原因,相关方面的研究还不够系统与深入.由于基坑开挖,在基坑的外侧,如果不考虑地下水位的变化,铅直方向的自重应力保持不变,水平方向的地基内应力减少.随着挖掘深度的增加, 坑壁的水平位移也不断加大,当水平方向内应力达到最小值时,土体达到了主动土压力状态.这种应力状态可以利用侧压减小试验来模拟.操作时可利用应变控制减小压力室的液量(即改变侧压力),从而进行压缩试验.在基坑底部以下的地基, 如果不考虑地下水位变化,铅直方向的自重应力较小(卸载),开挖面以下的支护结构挤压基底下部地基,使基地底部一下地基水平方向受压.这相当于轴压减小,侧压增加试验(卸载试验).3.1基坑开挖的地基变形和应力状态标准压缩试验中,中间主应力等于最小主应力,而在卸载试验中,中间主应力却等于最大主应力.K.固结后试件的轴向压力即为最大主应力.但对应此值并在侧压力一定的状态下施行卸载试验时,是轴向压力逐渐降低,而变为比侧压力还要小的最小主应力,相当于主应力方向倒转了.这种试验方法可以模拟地基土的被动状态.基坑周围地基的变形和地基内应力变化如图5所示.可见,常规三轴试验方法是不符合基坑开挖的实际应力状态的.(tl@i试鞋'图5基坑周围地基的变形和应力变化分析3.2一种原状粘性土考虑应力路径的三轴试验研究孙淑贤嗵过对一种原状特l生土进行固结不排水压缩试验和卸载试验,得到应力一应变关系如图6所示.南图可知,两种试验得到的应力一应变关系曲线不同,测得的抗剪强度指标也不同.因此,计算基坑外侧的主动土压力应该采用侧压减小试验所测得的抗剪强度指标;计算基坑开挖的墙前被动土压力时,应该采用卸载试验测得的抗剪强度指标.他分别按着压缩试验和卸荷试验测得的c,由值计算基底以下被动土压力强度,得到的计算结果显示,按压缩试验指标计算被动土压力结果偏大.因此验强度指标是不安全的.图6原状粘性土三轴压缩试验与三轴卸载试验的应力一应变比较3.3一种原状粉质土考虑应力路径的三轴试验研究施建勇等n'针对取自南京地区的一种原状粉质土,利用英国进口的应力路径控制j轴试验系统,进行了考虑基坑开挖过程中应力路径对土压力应力状态影响的模拟试验.该仪器与常规三轴仪相比,在自动化程度,测量精度和加载控制方式上都有明显优势.试验中先对试样进行固结,再进行采用排水剪的保持轴向应力不变,减小径向应力的剪切应力路径试验.将理论计算结果和试验结果进行比较,如图7所示.可见,在侧向应力减小的应力路径条件下试验数据与理论计算结果较为接近,而与侧向应力增加的应力路径条件下两者结果有一定差异. 另外该试验结果也显示,侧向应力减小的应力路径的应力一应变曲线更符合双m线规律,而侧向应力增加的应力路径试验结果的拟合相关性较差.{轴试验曲.'t动批盘曲线嘘劝随担音曲线15一一.?lO-l』-uUquuUqUllO,%图7原状粉质土三轴试验的侧向应力一应变关系曲线3.4对模拟基坑开挖应力状态的试验研究的建议由前面的试验结果可知,常规二三轴试验方法并不满足基坑开挖的实际应力状态,一般的试验结果对基坑开挖中实际应力状态的模拟也不太满意.因此,应该从两方面进行努力:3.4.1加强基坑开挖中土压力计算分析理论的研究,考虑多种因素特别是开挖卸载的影响作用;3.4.2计算土压力应采用与土体应力状态尽量一致的试验方法所测得的强度指标,如主动土压力采用侧压减小试验的强度指标,被动土压力采用卸载试验的强度指标;3.4.3对传统三轴试验进行改进,模拟土体的实际应力状态.如河海大学殷宗泽教授研制的ZS~一1型真三轴仪,中主应力通过水平向为刚性, 竖向为柔性的传力块施加,既保证荷载均匀作用于i捌羊,有能使其在竖向荷载作用下与试样同步压缩,不与已沉降的竖向加压板抵触,从而使试样自始自终规整变形.同时加荷与量测同时全部自动控制,保证了任意应力路径的实施.4结论基坑支护结构与周围土体是个复杂的受力系统,土压力大小和分布于多种因素密切相关.而且土压力变化是个动态的过程,随着开挖深度的增加,坑内卸载效应明显,支护结构的变形和位移加大,土压力从静止土压力向主,被动土压力过渡,甚至可能会在主,被动土压力之间转化.而不同的土体的受力状态应该考虑采用不同的计算理论,因此,正确分析基坑开挖中的土体受力状态,了解土压力的应力历史与应力路径是进行土压力计算的关键.另外,由于试验仪器等原因,现有的普通三轴试验并不能模拟基坑开挖l丁程中土体的实际应力状态.而在基坑工程设计中,即使土压力的计算理论再好,若不能采用与开挖过程中土体实际应力状态相一致的土体强度指标,计算出的土压力也会与实际土压力有较大出入.因此,应加强基坑工程中土体实际应力状态的试验模拟与相关的研究工作.参考文献[1】钱家欢等.土工原理与计算(第二版).北京:中国水利水电出版杜.2006,5.I2J张学言等.岩土塑性力学基础[MI.天津:天津大学出版社.2004.9.[31曩电汝龙.开挖卸载与被动土压力计算『J】.岩土工程,1997,11.14l陈书申.经典土压力理论的局限}生与小变位土压力计算的建议lJ1.土工基础,1997,6._51张燕凯等探基坑工程中考虑开挖和时间效应的土压力计算公式的探讨『Jj.南昌大学,2002,3.『6]吴铭炳.软土地基深基坑支护中的土压力IJ1.工程勘察,1999,2.张云君等基坑开挖中主,被动区互换问题的分析建筑技术开发,2003,7.阎汪中卫等基于卸荷及变形的主动土压力计算IJJ. 地下空间,2003,3.『9]殷德顺基坑支护结构侧向土压力的研究lD_.河海大学硕士学位论文,2005,6.[10l孙淑贤.应力状态改变对土压力的试验研究【J1. 工程勘察,1998,3.[1l1施建勇等.土压力变化规律的应力路径三轴试验研究lJ1.岩土力学,2005,11.一20—。
从流变学角度解析土壤稳定性研究
从流变学角度解析土壤稳定性研究一、前言土壤是由各种矿物、有机质、水和气体等组成的物质。
土壤是生态系统的基础，对于人类的生存和发展具有十分重要的作用。
而土壤稳定性的研究是土壤力学领域的一个重要研究方向，涉及到工程建设、农业生产等多个领域。
从流变学角度来研究土壤稳定性具有其特殊的优势和局限性。
下面从流变学的角度出发，对土壤稳定性的研究进行分析。
二、土壤流变学基础1.土壤的力学特性土壤是一种复杂的多相介质，其内部由固体、液体和气体组成。
土壤在应力作用下，在一定的应变范围内随应力而变形，具有塑性和可压缩性。
同时，土壤还会出现固结、膨胀、渐进破坏等特殊性质。
这些土壤力学特性，需要进行定量描述和分析。
2.土壤流变学的基础概念土壤流变学是一门描述土壤力学行为的分支学科。
在土壤流变学中，我们需要使用一些基础概念和基础参数，如应变、应力、剪切模量、泊松比等来描述土壤的力学行为。
三、土壤稳定性的研究土壤稳定性的研究是土壤力学领域的重要研究方向。
在土壤稳定性研究的过程中，我们需要分析不同应力状态下土壤的力学特性，以及土壤所受到的荷载、环境、化学物质等因素对其稳定性的影响。
在土壤稳定性的研究中，最关键的问题是如何评估土壤的抗剪强度和承载力。
这些指标是判断土壤在特定应力状态下是否稳定的重要依据。
土壤的稳定性与土壤的粘性、塑性、可压缩性密切相关，因此需要对土壤在不同应力状态下的流变特性进行研究。
四、从流变学角度解析土壤稳定性研究1.流变学模型的应用流变学模型是一种数学模型，用于描述土壤在不同应力状态下的流变特性。
在土壤稳定性研究中，流变学模型可以用于模拟土壤在特定应力载荷下的变形情况，进而评估土壤的抗剪强度和承载力。
常用的流变学模型包括线性弹性模型、非线性弹性模型、塑性-粘弹性模型等。
这些模型可以应用于不同应力条件及土壤不同特性的研究，对于准确评估土壤的稳定性具有重要意义。
2.应力路径的研究应力路径是指土壤在变形过程中所经历的不同应力状态。
不同应力路径条件下的砂土剪切特性试验研究
不同应力路径条件下的砂土剪切特性试验研究许成顺;文利明;杜修力;徐海滨【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2010(041)001【摘要】为了探讨不同应力路径条件下的砂土剪切特性,进行了8种不同应力路径的单调剪切试验.试验结果表明,在不同剪切路径条件下,砂土的剪切特性明显不同.即在压缩条件下的剪胀特性明显大于拉伸条件下的剪胀特性,而同样的压缩路径,减压压缩路径下的剪胀特性最显著,增压剪切路径下的剪胀特性最小,常规压缩路径下的剪胀特性在其中间.且相对于均等固结,在偏压固结条件下表现出更显著的剪胀特性.在不同剪切路径条件下,砂土所发挥的最大内摩擦角也有所不同,即在三轴拉伸条件下所发挥的内摩擦角普遍比三轴压缩条件下的内摩擦角大3°～4°,而在相同的压缩或拉伸条件下,内摩擦角以及临界状态应力比基本一致,与加载路径无关.【总页数】5页(P108-112)【作者】许成顺;文利明;杜修力;徐海滨【作者单位】北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京,100124;北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京,100124;北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京,100124;北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京,100124【正文语种】中文【中图分类】TU411【相关文献】1.排水条件下饱和砂土单调剪切特性试验研究 [J], 冷艺;栾茂田;许成顺;马太雷2.不同加载应力路径下饱和砂土力学特性试验研究 [J], 卢真辉; 戚承志; 靳天伟; 姜宽; 崔英洁3.饱和砂土不排水单调剪切特性试验研究——考虑剪切过程中变化的总主应力方向的影响 [J], 张振东;栾茂田;金丹;许成顺4.复杂应力条件下饱和砂土单调剪切特性的试验研究 [J], 冷艺;许成顺;栾茂田;马太雷5.复杂应力条件下饱和砂土排水剪切强度的试验研究 [J], 冷艺;栾茂田;许成顺;马太雷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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收稿Ｋｔ期：２００７．１１－２０ 基金项目：广东省水利科技计划项目（Ｎｏ．２００３—１３）；广东省科技计划项目（Ｎｏ．２００６８３７２０１００３）；湖北省环境岩土工程重点实验室开放基金项目
（Ｎｏ．Ｔ１１０５０３）。
第一作者简介：曾玲玲，女，１９８３年生，博十研究生，主要从事软七性质和高速公路地基处理研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｎｇｌｚ４１３＠１２６．ｃｏｍ 通讯作者；陈晓平，女，１９５７年生，博士，教授．博上生导师，主要从事七力学教学与科研上作。Ｅ－ｍａｉｈ ｃｈｃｎｘｐ＠ｊａｌｌ．ｅｄｕ．ｃａ
ｋＰａ。
一～
表１。 表１试样的物理力学性质指标
物理性质指标
Ｇ１ Ｔａｂｌｅ １ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ
力路径试验，即通过原状土的统计均值确定土样的
含水率和密度，将此均值作为扰动样期望值。原状 土样和制备的扰动土样的各项物理力学性质指标见
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ
固结快剪指标
Ｏｉｌ
ｐａｔｈｓ．ｂｕｔ ｌｉｔｔｌｅ ｉｎｆｌｕｅｎｅｅ
ｓｏｉｌ
ｓｈｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｅｓｓ ｐａｔｈ；ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ；ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｅｓｔ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
１引
言
Ｎａｇａｒａｊ（１９８１年）１２ｌ、Ｃｈｅｎｇ（１９９０年）ｐＪ、陆士 强（１９８９年）【４】等，基于试验成果提出了一些能够 考虑具体复杂应力路径的本构模型。近２０年来，随 着数值计算技术在本领域的应用进展，～些学者开 展了通过应力路径试验成果进行数值建模的研究， 如陈生水（１９９５年）瞄Ｊ、王靖涛（２００２年）等［６１， 获得了具有机制背景的数值模型。 由于黏性土的状态控制指标较砂土复杂，更因 为黏性土的室内试验控制标准比较难掌握，因而黏 性土应力路径的试验研究无论是数量还是质量都逊
应力控制第１组ＤＥＰ３畦Ｉ 应力控制第１组 应力控制第２组 应力拧制第２组
ＩＮＰ４睢Ｉ ＩＮＰｌ５Ｍ ＫＣＰｌ如．２
自Ｌａｍｂｅ（１９６７年）提出应力路径概念以来， 在土性分析中考虑应力路径的影响经历了一个从理 论到实践、又从实践到理论提升的过程，期间采用 最多、也被认为是最有效及可行的研究手段是室内 试验。早期的试验对象多集中于各种密度的无黏性 土（Ｌａｄｅ和Ｄｕｎｃａｎ，１９７６年）【Ｉ Ｊ，试验成果证明： 砂土的应力。应变状态与应力路径有关。进一步的研 究着眼于应力路径对砂土本构模型的影响，如
ｓｔａｔｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓ ｐａｔｈｓ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ；ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｉｎｄｕｃｅ ｓｈｅａｒ ｄｉｌａｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌａｙ ｓｏｉｌ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｓｈｅａｒｉｎｇ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ
Ｃｉｖｉｌ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ
２１００９６，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｄｅｐａｒｌｍｅｎｔ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｏｕａｎｇｚｈｏｕ
５１０６３２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｎａｎｓｈａ
状态和应力路径影响的本构模型，为工程应用提供
依据。
２试验方案
２．１试样制备 试样取自地表下４～１６ ｍ软土层，为珠江三角 洲常见的灰黑色淤泥混砂层，含少量贝壳等杂质。 为进行足够充分的对比试验，采用扰动土样进行应
一般都是针对特定的初始条件，对于具有明显区域 性特点的土体，探讨应力路径对软黏土特性的影响
剪切速率 缸＝０．０６ｍｎｇｍｉｎ 缸＝Ｏ．０６ｍｍ］ｍｉｎ 缸＝Ｏ．０６ｍｍ／ｍｉｎ 缸＝０．０６ｍｍ／ｍｉｎ
应变控制 应变控制 应变控制 应变控制
三向等压固结ｊ（＝１．０００ 三向等压同结Ｋ＝１．０００ 三向等压固结 三向等压固结 三向等压同结
Ｋ＝１．０００ Ｋ＝１．０１）０ Ｋ＝１．０００
ｃｕ枷４００
１００ １５０ １５０ １５０ １５０ ２００ ２００ ２００ ３００ ３００ ４００ １５０ １５０ １５０ ２００ ２００ ２００
应力控制第ｌ组ＤＥＰｌ雕Ｉ 应力控制第１组ＤＥＰｌ５０．１ 应力控制第１组 应力控制第ｌ组
幻＝０．２ＩｄＷｍｉｎ 却＝０．２ｌ＆“ｍｉｎ 却＝０．２ｌ＆“ｍｍ 幻＝０．２ｋＰ妇ｌｉＩＩ 却＝０．２ｋＰ“ｍｉＩＩ 却＝０．２ｋＰ“ｒａｉｎ
土样 原状土’
扰动士
注：・表示２８４个样本统计均值。
２．２试验方案
（１）固结方案
应变控制三轴仪围压识分别为１００、２００、３００、
４００
ｋＰａ，应力控制三轴仪和ＧＤＳ应力路径三轴仪
固结过程分别采用等压固结和偏压固结两种方式，
等压固结压力为１００、１５０、２００、３００、４００ ｋＰａ，偏 压应力比Ｋ＝０．７００和Ｋ＝０．６２５（Ｋ＝玛／ｑ），固 结压力终值分别为１５０、２００ （２）剪切方案 应变控制的剪切过程采用Ａｓ＝０．０６ ｍｒｎ／ｍｉｎ的 剪切速率，应力控制的剪切过程分别采用模拟堆载 过程的轴向加荷增Ｐ路径、模拟开挖过程侧向卸荷 的减Ｐ路径及轴向加荷侧向卸荷同时进行的等Ｐ路
２００１年）【８１；采用真三轴试验研究不同应力路径下 天然硬黏土的力学特性（Ｃａｌｌｉｓｔｏ Ｌ，２００２年）【９】、 欠压密土在不同应力路径下的特殊力学性质（刘元 雪，２００２年）Ｉｌ…、采用常规三轴压缩试验和真三轴 平面应变试验研究不同应力路径下土体的变形特性 和破坏特性（杨雪强，２００６年）…】等。另外，还有 卸衙条件下软土特性的研究，如基坑开挖中的应力 路径分析（Ｃｈａｒｌｅｓ，１９９９年）［１２１、上海软土的卸荷 模量研究（刘国彬，１９９６年）［１３１，上述研究成果从 不同角度揭示了应力路径对黏性土力学特性的影 响，但由于软黏土具有明显的沉积特点，其力学特 性与当前应力状态、应力历史、后续加卸载路径等 的关系的归一化有较大的难度，所以现有研究成果
ｏｒｏｇｒａｍ 剪切过程（不排水）
同鲇过程 控制方式
试验编号———堕堕堂望竺篁堡望—一 ￡三ｌ鱼±！堡２ １１ ｇ三堡二亟
ＣＵＩ∞ ＣＵ２∞ ＣＵ３∞ １００ ２００ ３００ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０
同结路径
Ｋ
剪切路径 矾不变，４增大 玛不变，嘎增大 仉不变，ｑ增大 以不变，４增大 氓减小，ｑ不变 仉减小，嘎不变 仉不变，ｑ增大 仉减小，ｑ增大 吼减小，ｑ不变
ｔｈａｔ
ｓｔｒｅｓｓ
ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ；ｔｈｅ ｌａｔｅｒａｌ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ
ｔｏ
ｓｔｒｅｓｓ
ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．１１１ｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｌｓｏ ｓｈｏｗ
ａ
ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｐａｔｈｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ ｕｎｄｒａｉｎｅｄ ｓｈｅａｒ ｉＳ ｍａｉｎ ｒｅｌａｔｅｄ
ｏｎｅ
ｉｎｉｔｉａｌ
ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｃｔｉｖｅ ｔｈｅ ｅｒｉｅｃｔｉｖｅ
ｓｔｒｅｓｓ ｓｔｒｅｓｓ
ｐａｔｈｓ ｉＳ ｏｎｌｙ
ｕｎｄｅｒ
ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ ｓｔａｔｅ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｓｈｅａｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｍｏｄｅ ｏｆｔｅｓｔ ｈａｓ ｅｖｉｄｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ
径设定如表２所示。
０“ｃ一三向等压同结减Ｐ剪切路径 ｏＡＥ一三向等尿阎结等Ｐ鲫切路径
图１ ｐ岬空间应力路径
Ｆｉｇ．１ ｐ－ｑ ｓｐａｃｅ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ｐａｔｈｓ
径，加卸荷速率匀＝０．２ 万方数据
ｋＰａ／ｍｉｎ，为保证土样的饱
１２６６
岩
土
力
学
２００９笠
表２应力路径试验方案
Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｔｒｅｓｓ ｐａｔｈｓ ｔｅｓｔｉｎｇ
第３０卷第５期 ２００９年５月
岩
土
力
学
Ｖ０１．３０
Ｎｏ．５ ２００９
Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ
Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ
Ｍａｙ
文章编号Ｉ １０００－－７５９８（２００９）０５—１２６４－－０７
软土在不同应力路径下的力学特性分析
曾玲玲１，陈晓平２
（１．东南大学岩土工程研究所，南京２１００９６２：２．暨南大学力学与土木工程系，广州５１０６３２）
ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ
ｓｔｒｅｓｓ
ｐａｔｈｓ
ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｆｔ ｃｌａｙ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ－ａｘｉａｌ ｓｔｒａｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ
年）１７】；采用人工制备结构性土样进行剪切过程中 不断改变应力路径的常规三轴试验（Ｍａｌａｎｒａｋｉ
Ｖ，
轴仪和ＧＤＳ应力路径三轴仪对该区域土样进行了
不同固结条件和不同应力路径下的三轴固结不排水 剪试验，探讨了固结状态和应力路径对软土的变形 特性、强度特性和破坏特性的影响，以期通过试验 成果的积累，针对软土特点建立综合考虑复杂固结
ａ
ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ—ａｎｄｒａｉｎｅｄ
ａｒｅ
ｓｔｒｅｓｓ
ｐａｔｈ ｔｅｓｔｓ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｆｒｏｍ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ
ｏｎ
ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ；ｔｈｅ
△叮＝０．２ｋＰａ，ｍｉｎ
三向等爪同结Ｘ＝１．０００ 三向等压固结 三向等压固结 三向等压固结 三向等压同结 三向等压同结 三向等压固结 三向等压固结 三向等压固结 三向等压同结 偏压 偏压 偏压 偏压 偏压 偏压