新型真三轴仪调试及重塑黄土强度变形特性的试验研究

摘要

真三轴仪是一种任意应力路径下测试土力学特性的试验仪器。西安理工大学研制了一种新型压力室真三轴仪,它具有伺服步进电机驱动滚珠丝杆推进活塞产生压力的液压/体变控制器独立施加三向主应力的自动控制系统。本文首先进行了国内外同类仪器的比较分析和新型真三轴仪仪器性能的测试与调试；进而,利用该真三轴仪,进行了重塑黄土的真三轴试验,分析了真三轴应力条件下不同含水率重塑黄土的强度变形特性。通过以上的研究工作,得到了如下的一些认识： (1)西安理工大学真三轴仪采用轴向刚性板加载、侧向双轴液压柔性囊加载的三向加载方式：侧向双轴相邻液压囊之间采用径向弹性伸缩、平面弹性转动的薄壁钢板有效隔离；三向均应用伺服步进电机驱动滚珠丝杆推进活塞的液压/体变控制器加载,实现了三向独立加载、互不干扰。经测试分析,仪器系统性能稳定。 (2)经过调试及控制系统的完善,能够完成各类常规试验及特殊试验：①应力、应变控制式等中轴应力比试验；②等球应力试验；③加卸荷循环应力路径试验；④侧向卸荷试验；⑤蠕变试验；⑥应力诱导各向异性试验。 (3)通过对不同初始含水率和不同固结围压条件下的重塑黄土的试验分析表明,同一含水率及固结围压条件下,随着中主应力比的增大,应力应变曲线由强硬化型逐渐转化为弱硬化型或理想塑性；同一固结围压及中主应力比值条件下,随着含水率的增大,应力应变曲线由弱硬化型或理想塑性转化为强硬化型；同一含水率及中主应力比值条件下,随着固结应力增大,应力应变曲线也由弱硬化型或理想塑性转化为强硬化型。 (4)通过重塑黄土的强度变化规律分析,不同应变条件下π平面上重塑黄土屈服曲线与其破坏曲线基本相似；不同含水率条件下万平面上黄土的破坏曲线相似,且随着含水率的增大逐渐向内收缩。通过π平面上重塑黄土破坏轨迹的拟合分析,邢义川所提出的破坏面的形状函数能很好地描述重塑黄土π平面上的破坏曲线,该破坏曲线位于摩尔库仑破坏面及松岗元SMP破坏面之外、广义米塞斯圆之内。 (5)通过不同含水率重塑黄土应力空间破坏面变化规律分析,应用广义米塞斯准则和SMP准则建立了描述不同含水率黄土强度破坏面的准则；引用姚仰平等提出的变换应力空间方法,修正剑桥模型,提出了能够反映重塑黄土含水率变化的三维应力空间弹塑性模型的思路。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出

1.2国内外真三轴试验研究综述

1.2.1国外真三轴试验研究的现状

1.2.2国内真三轴试验研究现状

1.2.3当前真三轴试验研究的评述

1.3黄土的基本性质

1.4黄土国内外研究综述

1.4.1黄土力学的基础理论研究

1.4.2重塑黄土的工程性质研究现状

1.5本文的研究内容

1.5.1本文选题的意义

1.5.2本文的研究内容

2西安理工大学真三轴仪研制的基本思路及其工作系统

2.1仪器研制的基本思路

2.1.1开展真三轴复杂应力路径试验研究的意义

2.1.2当前国外常见的真三轴仪特点

2.1.3当前国内已有真三轴仪的特点

2.1.4当前国内外真三轴仪的加荷方式

2.1.5当前国内外真三轴仪加荷方式的评述

2.1.6真三轴仪研制的基本思路

2.2真三轴仪的工作原理

2.3真三轴仪装置

2.3.1压力室

2.3.2中主应力和小主应力压力腔

2.3.3固结加压系统

2.3.4轴向加压系统

2.3.5排水系统和量测系统

2.3.6液压源的压力缸

2.3.7控制系统

2.3.8真三轴仪的协同作用功能

2.3.9真三轴仪控制程序的界面

2.4本章小结

3西安理工大学真三轴仪的仪器调试

3.1真三轴仪的主要技术指标及适用范围

3.1.1使用方式及技术指标

3.1.2适用范围

3.1.3真三轴仪的正常工作环境

3.2试验前的准备工作

3.3试验土样的制备

3.4试验步骤

3.4.1试样的安装

3.4.2试样固结

3.4.3真三轴试验

3.4.4试验后仪器整理

3.5试验项目的调试

3.5.1固结的调试

3.5.2应变式等b试验的调试

3.5.3应力控制式等b试验的调试

3.5.4等p、等b试验的调试

3.5.5分级加载试验的调试

3.5.6循环应力路径加载试验的调试

3.5.7侧向卸荷试验的调试

3.5.8蠕变试验的调试

3.5.9各向异性试验的调试

3.6常规三轴试验与真三轴试验的对比分析

3.7本章小结

4重塑黄土的真三轴试验

4.1试验土样的基本性质

4.2试样的制备

4.3试验方案

4.4试验方法

4.5试验数据的整理分析

4.5.1同一含水率、同一固结围压，不同中主应力比的应力应变关系曲线及其描述

4.5.2同一固结围压、同一中主应力比不同含水率的应力应变关系曲线及其描述

4.5.3同一含水率、同一中主应力比，不同固结围压的应力应变关系曲线及其描述

4.6应力控制式等b试验的应力应变关系及其描述

4.7本章小结

5重塑黄土的强度特性分析

5.1概述

5.2岩土类材料的屈服与破坏特性

5.2.1岩土材料的屈服条件与屈服面

5.2.2岩土材料的破坏条件与破坏面

5.3岩土体强度准则的研究现状

5.3.1广义米塞斯条件和广义屈瑞斯卡条件

5.3.2 Mohr-Coulomb准则

5.3.3 Lade-Duncan破坏条件

5.3.4 Matsuoka-Nakai破坏条件

5.4常用偏平面上破坏条件的形状函数

5.5黄土的强度特性分析

5.5.1相同固结应力和含水率条件下重塑黄土π平面上的屈服面

5.5.2相同固结应力条件，不同含水率重塑黄土π平面上的破坏面

5.5.3相同含水率，不同固结围压重塑黄土π平面上的破坏面

5.5.4相同含水率，不同固结围压π平面上的屈服面

5.5.5相同固结围压，不同含水率重塑黄π万平面上的屈服面

5.6重塑黄土在三维应力条件下的强度条件

5.6.1强度条件在p-q平面的反映

5.6.2强度条件在π平面上的拟合

5.6.3重塑黄土强度与相关强度条件的对比

5.6.4破坏条件与试验结果的比较

5.7本章小结

6复杂应力条件下重塑黄土的弹塑性本构模型探索

6.1概述

6.2结构性土屈服和破坏面的描述

6.2.1结构性软土的破坏面

6.2.2结构性黄土的破坏轨迹

6.3复杂应力条件下黄土弹塑性本构模型建模思路

6.3.1强度的叠加思路

6.3.2 qm的表达式

6.3.3 qSMP的表达式

6.3.5α的影响分析

6.3.4黄土的强度表达式

6.4复杂应力条件下黄土的弹塑性本构模型

6.4.1屈服函数

6.4.2三维流动法则

6.4.3模型的具体表达式

6.5基于本构模型的应力应变曲线描述

6.6本章小结

7结论与展望

后记

参考文献

在校学习期间所发表的论文、专利、获奖及社会评价等