當前位置:歷史故事大全網 - 歷史上的今天 - 毛烏素沙漠風積沙的力學特性研究

毛烏素沙漠風積沙的力學特性研究

因為土壤是巖石風化形成的分散礦物顆粒的集合體,所以土壤壹般含有固、液、氣三相。在其形成的漫長地質過程中,受風化、搬運、沈積、固結和地殼運動的影響,其應力應變關系十分復雜,與多種因素有關。壹方面,土的應力應變特性具有非線性、彈塑性和剪脹性(收縮性)。壹方面,土的應力應變特性受3S的影響很大,即應力水平、應力路徑和應力歷史)[46]]。

(1)壓力水平

所謂應力水平,壹般有兩層含義:壹是指圍壓的絕對值;二是指應力(通常是剪應力)與破壞值的比值,即S = Q/QF,其中應力水平指圍壓。

隨著不同圍壓下中密度砂土三軸試驗曲線中σ3的增加,砂土的強度和剛度明顯提高,應力-應變關系曲線形狀也發生變化。在非常高的圍壓下,即使是非常密實的土也類似於松散砂土的應力-應變關系曲線;沒有剪脹和應變軟化。

需要指出的是,土的抗剪強度τf或qf隨法向應力σn或圍壓σ3的增大而增大,但砂土破壞時的應力比或內摩擦角φ往往隨圍壓的增大而減小。

土的變形模量隨圍壓增大的現象也稱為土的壓縮性。由於土是由分散的顆粒組成,圍壓提供的約束對其強度和剛度非常重要。這也是土壤區別於其他材料的重要特征之壹。在1963中,Janbu用以下公式表示了三軸試驗中土的初始模量Ei與圍壓σ3的關系:其中:k和n為試驗常數;Pa為大氣壓,與σ3維相同。這個公式後來被應用於許多本構模型。

(2)應力路徑

在中密度砂的真三軸試驗中,σ3不變,中間主應力不同(每次試驗中B不變)。試驗表明,隨著中間主應力的增大,曲線的初始模量增大,強度也增大,體積膨脹減小,應變軟化加劇(圖1.1)。

圖1.1不同中間主應力下偏離應力(σ1-σ3)與軸向應變和體積應變εv的關系曲線。

(3)壓力史

應力歷史不僅包括過去地質年代中天然土體的固結和地殼運動,還包括土體在實驗室(或工程建設和運行中)的應力過程。對於粘性土,壹般指其固結歷史。如果粘性土在其歷史上經歷的最大前期固結壓力(有效應力)大於當前的固結壓力,那麽它就是超固結粘土。如果當前固結壓力是其歷史上最大的固結壓力,那麽它就是正常固結土。如前所述,土的流變性使粘性土在長期荷載作用下表現出超固結,盡管固結應力在歷史上沒有發生變化。這也是壓力歷史的影響。

砂土的應力-應變關系曲線具有應力路徑相關性,不同應力路徑下相同起止應力狀態下砂土的應力-應變關系明顯不同。在實際工程中,土體不同部位在不同施工階段所經歷的應力路徑不同,導致土體的應力應變關系和強度復雜多樣。目前,巖土數值計算中常用的土體本構模型大多基於常規三軸試驗,其模型參數也是基於簡單試驗。而常規三軸試驗只能反映土在三軸壓縮下的強度和變形特性,與其他應力路徑無關。此外,在許多土的本構模型中,采用了經典的應力剪脹理論。研究表明,該理論忽略了沙子內部狀態的影響,不能應用於沙子的模擬。因此,如何通過壹些實驗手段有效地模擬真實的應力路徑,從而再現土的強度和變形特性,是壹個重要的研究課題。

目前,對毛烏素沙漠風積沙基本力學性質的研究大多是基於少量采樣和測試,以解決實際工程中遇到的問題。采用的試驗方法有擊實試驗、壓縮試驗和直剪試驗,而能反映土在三軸壓縮下強度和變形特性的三軸試驗很少。然而,關於毛烏素沙漠風積沙在不同應力路徑下的應力應變關系的研究還是空白。如何有效地模擬毛烏素沙漠風積沙的真實應力路徑,從而再現土的強度和變形特性,是壹個亟待解決的重要問題。

  • 上一篇:蔡昌卓人物訪談
  • 下一篇:明代帝王秩序簡介
  • copyright 2024歷史故事大全網