循环荷载后饱和海相软黏土不排水静力试验研究-学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

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第2期
水利水运
程学报
2010年6月
HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING
Jun.2010
循环荷载后饱和海相软黏土不排水静力试验研究
蒋敏歙,蔡正银,曹培
(1.南京水利科学研究院,江苏南京210029;2.河南工业大学土木建筑学院,河南郑州450052)
摘要:通过静、动三轴试验,研究了波浪循环荷载作用对饱和海相软黏土不排水静力特性的影响.试验结果表
明:循环荷载作用后,饱和海相软黏土不排水剪在q~p'平而上的应力路径与超固结土相似,循环应力幅值比越
大,土体表现的超固结性越强.循环荷载的作用会导致不排水剪阶段孔压的降低,孔压系数表现出超固结土的
性质,正常固结土、超固结土和由循环荷载作用旱致的似超固结上在不排水剪破坏时的孔压系数均随着平均有
效成力比值PP。的増大而増大.此外,循环荷载作用会导致软黏土不排水强度发生变化,当循环荷载后孔压比
值m/o小于0.175或循环荷载后弱化指数大于0.70时,不排水强度降低;当循环荷载后孔压比值un/o!.介
于0.175~0.256或弱化指数介于0.54-0.70时,循环荷载后不排水强度略有增大
关键词:饱和海相软黏士;循环后不排水试验;有效应力路径;孔压;不排水强度
中图分类号:TU411
文献标识码
文章编号:1009-640X(2010)02-0079-06
波浪荷载的作用对海相软黏土力学性质的影响是离岸工程中的一个重要问题,波浪循环荷载作用会引
起土体中孔压上升、结构性发生变化,并导致土体强度和模量等的变化. Andersen等通过静、动三轴和动
单剪试验研究了波浪循环荷载对 Drammen黏土静力特性的影响,试验结果表明正常固结土在循环荷载作用
后表现出似超固结性质,不同超固结比的土体在1000次循环荷载作用后,当循环应变幅值小于±3%时,不
排水强度的折减小于25%. Yasuhara等2-3通过动三轴试验分析了循环荷载对 Ariake黏土静强度的影响,
通过假定似超固结土与超固结土具有相同的性质,建立了循环荷载后强度变化的公式.Hyde等总结了多
位研究者对粉质黏土、黏土和海相黏土在循环荷载后不排水试验的结果,发现不同土类在不同形式的循环荷
载作用后土体强度的变化具有较大差异,相当一部分研究认为循环荷载后土体的静强度会降低,而部分研究
认为循环荷载对土体静强度不产生影响或甚至会增大
近年来随着我国深水防波堤、海洋平台、人工岛等离岸工程构筑物的大规模兴建,对海洋土在波浪荷载
作用下的研究显得尤为重要,本文通过静、动三轴试验来研究波浪循环荷载对天津港海相软黏土不排水应力
路径、孔压和强度等方面性质的影响
1试验概况
波浪荷载与地震、交通等动荷载相比具有以下主要特点:問期较长,波浪荷载周期通常达5~208;荷载
持续时间较长,一次大波浪期持续时间达数小时至数十小时;在大波浪荷载作用前已经经受多次小波浪荷载
的作用3-?.本文中的试验分为静三轴和动三轴试验,静三轴试验为固结不排水剪试验,动三轴试验步骤为:
①土.体固结;②在不排水条件下施加轴向循环荷载;③循环荷载后立即进行不排水剪.试验方案见表1,试验
1~9为动三轴试验,试验10~15为静三轴试验.动三轴试验过程中偏应力q与时间关系示意图见图1,可以
收稿日期:2009-05-2
基金项目:交通部西部交通建设科技项目(200632800003-06)
作者简介:蒋敏敏(1981-),男,江苏大丰人,博士研究生,主要从事海岸岩土工程方面的研究
E-mail:jiang_mm(@hotmail.com
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水利水运工程学报
2010年6月
看到偏应力方向未发生变化,循环荷载均为单向荷载2.根
据天津港工程区域波浪荷载特性,在动三轴试验中的循环荷
不排水剪
固结、循环荷载
载次数和周期分别为3000次和8.循环荷载为正.弦波,施
加方式为荷载控制方式,不排水剪为应变控制方式
试验均在GDS电机控制动三轴试验系统上进行,试样
尺寸为直径39.1mm,高度80mm,从压力室底座施加轴力
图1动三轴试验偏应力与时间关系
和轴向变形,可施加正弦波、三角波、方波和自定义波等波
Deviator stress in cyclic triaxial tests
形,位移精度达0.07%,轴力精度达0.1%
试验土体为天津港近岸浅层的原状淤泥质黏士,是天津港区域一种典型的软土,各项物理力学指标平均
值如下:土粒密度为2.75g/cm3,含水量为62.6%,液限为42%,塑性指数为18.5,千密度为1.1g/cm',灵敏
度为4.
表1静、动三轴试验方案
1 Experimental schemes of static and cyclic triaxial tests
试验
竖向固结应力侧向固结应力循环应力幅值
试验方式
周期循环次数
R
编号
o'/ kpa
r。/kPa
/次
3000
3000
100
3000
3000
动三轴
3000
300
200
3000
35.00
3000
200
100
静三轴
150
100
2试验结果与分析
2.1应力路径分析
不排水循环荷载的作用在e~lgp'平面上路径为AB,见图2.对超固结土来说,e~lgp'平面上的路径为
ACB. Matsui和 Y asahara等2?认为土样从Aー+B后与从A→
C→B后会表现出相似的力学性质,即循环荷载作用从A→B
CSI
后土样表现出似超固结的性质
将循环荷载阶段的单向循环应力幅值。与竖向固结应
力o!的比值定义为循环应力幅值比.图3为各组试验的有
效应力路径,其中A和E为正常固结、超固结比为2的静三
轴试验的结果,B,C,D分别为循环应力幅值比为0.100,
图2孔隙比与有效固结应力关系
0.150和0.175的动三轴试验的结果,B,C,D下方的数值为
Fig 2 Schematic of void ratio and effective
循环荷载后孔压n与に的比值,p'为初始平均有效固结应
consolidation stress relation
力.从各组试验结果可见,循环荷载后不排水剪的有效应力