主应力轴旋转条件下重塑黄土变形特性试验研究

摘要

主应力轴旋转问题在日常生活中并不少见，例如路基土体在地震、波浪、车辆交通荷载等动荷载的作用下常常伴随有主应力轴的循环旋转现象，并且土体变形受应力历史的影响(其应变增量的大小、方向不仅与应力增量的大小、方向有关，而且受应力大小、方向的影响)，因此路基土体应变增量随应力增量的旋转存在滞后现象，从而导致应力应变不共主轴。主应力轴旋转导致的应力应变不共轴现象不仅会使土体产生弹性变形，而且其引起的塑性变形已成为某些岩土工程失事的主要原因，以往研究结果指出在不排水情况下主应力轴旋转甚至会导致砂土的液化破坏[1,2]，因此主应力轴旋转带来的岩土工程问题越来越受到研究人员的重视。
　　为研究黄土在主应力轴循环旋转条件下的变形特性，采用空心圆柱扭剪仪（HCA）开展了两种不同的应力路径下的扭剪试验。第一种应力路径为保持主应力轴方向不变，改变土体剪应力大小，研究黄土在不同主应力轴方向角?和不同中主应力系数b条件下的变形特性；第二种应力路径为保持土体剪应力大小不变，改变主应力轴方向，研究主应力轴循环旋转对黄土性状的影响。试验结果表明：
　　（1）土样的剪切强度与中主应力系数b和主应力轴方向角α相关，当b值相同时，α=30°时土样的剪切强度>α=60°时土样的剪切强度>α=45°时土样的剪切强度；α值相同时，b=0时的剪切强度>b=1时的剪切强度>b=0.5时的剪切强度；
　　（2）纯主应力轴旋转会使土体产生塑性应变，并且随着旋转周期的增加土体产生的塑性应变将不断积累，b=0时，土体在相同的旋转周期内产生的总的轴向应变εz，径向应变εr随旋转角的增大而减小，在相同的旋转周期内产生的总的剪切应变εzθ随着旋转角的增大而减小，且由负转正；
　　（3）b=0.5时，主应力轴在-75°～75°之间循环旋转时，各种应变在每个旋转周期内幅值的变化明显大于主应力轴在-60°～60°，-90°～90°之间循环旋转时各种应变在每个旋转周期内幅值的变化；
　　（4）主应力轴旋转可使土体产生超静孔隙水压力U，且U会随着主应力轴旋转周期N的增加而增加，且在不同的主应力轴旋转角度和不同的中主应力系数b条件下增加的速率不同。主应力轴旋转时剪应力-剪应变形成了滞回圈，且滞回圈由不封闭型慢慢转化为封闭型。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 试验仪器

1.4 本文研究内容

第二章 主应力方向固定不变的剪切试验及试验结果分析

2.1 试验仪器介绍

2.2 试验方案

2.3 试验结果分析

2.4 定向剪切试验剪切机理分析

2.5 本章小结

第三章 纯主应力轴旋转的剪切试验

3.1 试验方案

3.2 试验结果分析

3.3 主应力轴循环旋转试验剪切机理分析

3.4 本章小结

第四章 主应力轴循环旋转条件下土体剪应力剪应变关系分析

4.1 剪应力与剪应变之间的关系

4.2 土体弹性模量E（剪切模量G）的求解

4.3本章小论

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢