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歐美大地 室內巖土試驗
室內巖土試驗
溫州大學GDS真三軸試驗系統(tǒng)模擬車輛載荷的應用案例
發(fā)布時間：2024-12-26 瀏覽次數：27 來源：歐美大地



成立于2006年的“浙江省軟土地基與灘涂復墾工程技術重點實驗室”，重點研究厚軟土地基高速交通工程建設、厚軟土地基堤防工程建設、厚軟土地基地下工程建設、沿海工業(yè)區(qū)土地復墾開發(fā)建設四項關鍵試驗技術。該實驗室的研究面積超過2000平方米，儀器價值超過400萬美元。

本文是浙江省軟土地基與灘涂復墾工程技術重點實驗室，溫州大學土木工程系巖土工程課題組2018年的研究成果分享。該研究已應用于溫州永強跑道、溫州城市公路的建設和溫州沿海工業(yè)區(qū)地下項目的開發(fā)。



研究問題

軟粘土廣泛分布于中國東南沿海城市，如上海、杭州和溫州。因其高含水量、高壓縮性、低滲透性和低承載力，被公認為我國工程危害最嚴重的土壤之一。 在過去的幾十年里，大量的基礎設施項目已經在這種土壤上建設了起來。經過多年的運行，路基出現(xiàn)了大量的沉降。 因此，研究軟粘土在交通載荷下的變形行為，以防止這種情況是必要的。由于路基土在低于其抗剪強度的應力水平下承受長期載荷作用（105-106次循環(huán)），因此軟粘土在長期載荷循環(huán)（即長期循環(huán)加載）下的變形行為研究尤為重要。


Fig.1. 車輛荷載作用下軟土地基中土體單元的應力分量


根據圖1，移動荷載引起的動應力場是三維的，涉及大、中、小主應力（σ11、   σ12、σ22）的循環(huán)變化，但對三維應力狀態(tài)下飽和粘土的單向變形行為的實驗室研究鮮有報告。

選擇GDS Instruments先進真三軸裝置進行研究。它通過水壓施加圍壓，并進一步由壓縮空氣提供圍壓。循環(huán)軸向應力(Δσ1)和循環(huán)水平應力(Δσ2)分別由2塊長75mm、寬75mm的水平金屬板和2塊寬75mm、高140mm的垂直金屬板提供。每塊金屬板均由高精度伺服電機驅動。


Fig.2. (a)整體示意圖，(b)詳細示意圖，真實三軸裝置的(c)真三軸照片和(d)壓力室照片




典型試驗結果


Fig. 3. 主應變時程曲線


在高級真三軸試驗中，應用了不同的循環(huán)主應力和中間主應力組合。主應變ε1的典型時程曲線如圖3所示。當CSR較低時，應變雖然在試驗開始時發(fā)展較快，但在一定的循環(huán)次數后，應變發(fā)展迅速放緩，趨于輕微甚至為零。當CSR大于某一值時，應變發(fā)展迅速，在規(guī)定的循環(huán)數內發(fā)生破壞。



結論

采用先進的真三軸裝置，可以同時施加循環(huán)主主應力和中間主應力，對正常粘土和超固結粘土進行了一系列單向循環(huán)試驗。考慮了超固結比，循環(huán)中間主應力（bcyc）以及循環(huán)剪應力比，研究了三維應力狀態(tài)下的單向循環(huán)行為。

試驗結果表明，bcyc的增加大大降低了主應變的發(fā)展，使中間主應變的方向由拉向壓轉變。這表明，在循環(huán)中間主應力對飽和粘土變形特性的影響中，OCR是一個次要因素。在此基礎上，建立了三維循環(huán)應力狀態(tài)下飽和黏土長期變形預測的經驗模型。



參考文獻

Gu, C. Gu, Z. Q., Cai, Y.Q., Wang J., and Dong Q. Y. 2018. Effects of cyclic intermediate principal stress on the deformation of saturated clay. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 144(8): 04018052.

Brown SF. Soil mechanics in pavement engineering. Geotechnique 1996;46(3):383–426.

Chazallon C, Hornych P, Mouhoubi S. Elastoplastic model for the long-term behavior modeling of unbound granular materials in flexible pavements. International Journal of Geomechanics, ASCE 2006;6(4):279–89.



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