岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 321-330.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0691

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

复杂应力路径下钙质砂颗粒破碎及抗剪强度特性

高敏1,何绍衡1,夏唐代1,丁智2,王新刚1,张琼方3   

  1. 1. 浙江大学 建筑工程学院,浙江 杭州 310058;2. 浙江大学城市学院 土木工程系,浙江 杭州 310015; 3. 中国电建集团华东勘测设计研究院,浙江 杭州 310014
  • 收稿日期:2020-05-24 修回日期:2021-03-31 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-14
  • 通讯作者: 何绍衡,男,1995年生,博士研究生,主要从事钙质砂静动力特性方面的研究。E-mail: heshaoheng@zju.edu.cn E-mail:21812013@zju.edu.cn
  • 作者简介:高敏,女,1995年生,硕士研究生,主要从事钙质砂颗粒破碎特性方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然基金资助项目(No.51508506);浙江省自然科学基金联合基金(重点项目)(No.LHZ20E080001);浙江省重点研发计划项目(No.2020C01102);浙江省博士后择优资助(2019)。

Particles breakage and shear strength characteristic of calcareous sand under complex stress path

GAO Min1, HE Shao-heng1, XIA Tang-dai1, DING Zhi2, WANG Xin-gang1, ZHANG Qiong-fang3   

  1. 1. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China; 2. Department of Civil Engineering, Zhejiang University City College, Hangzhou, Zhejiang 310015, China; 3. Power China Huadong Engineering Corporation, Hangzhou, Zhejiang 310014, China
  • Received:2020-05-24 Revised:2021-03-31 Online:2022-06-30 Published:2022-07-14
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51508506), Joint Fund of Zhejiang Provincial Natural Science Foundation (LHZ20E080001), the Key R & D Program Project of Zhejiang Province(2020C01102) and Zhejiang Postdoctoral Scholarship Support Fund(2019).

摘要: 对中国南海钙质砂开展了一系列复杂应力路径下的排水三轴剪切试验,系统研究了应力路径对钙质砂颗粒破碎和抗剪强度的影响机制。研究表明:钙质砂的各项力学特性均随着剪切加载方向的偏转呈现规律性变化,当应力路径处于加荷区,随着应力路径顺时针偏转,钙质砂的软化程度和抗剪强度逐渐增大、剪胀性降低、颗粒破碎程度增大、峰值内摩擦角减小。而应力路径处于卸荷区时,钙质砂破坏具有突然性,颗粒破碎程度也较大。存在“0初始应力影响”应力路径分界线,使得初始平均有效应力对其两侧应力路径区域内体变的影响完全相反。基于分形理论建立了不同初始平均有效应力、固结方式和剪切路径下预测相对颗粒破碎指标Br值的经验公式,并揭示了应力路径和颗粒破碎耦合作用对钙质砂剪切行为的复杂影响机制。根据试验结果,应用广义加性模型(generalized additive model,简称GAM)推导了考虑颗粒破碎和应力路径影响的强度包线,可作为预测钙质砂在不同应力路径下峰值强度的依据。

关键词: 应力路径, 钙质砂, 颗粒破碎, 分形理论, 广义加性模型

Abstract: A series of drainage triaxial shear tests under different stress paths is carried out on calcareous sand in the South China Sea. The particle breakage and shear strength characteristics of calcareous sand under complex paths are systematically studied. The research shows that the mechanical properties of calcareous sand change regularly with the deflection of the shear loading direction. When the stress path is in the loading zone, with the clockwise deflection of shear path, the softening degree and shear strength increase; the dilatability, the peak internal friction angles decrease, and particle breakage increases. When the stress path is in the unloading zone, the calcareous sand breaks suddenly, and the particle breakage is relatively large. There is a "0 initial average effective stress" stress path boundary, and the effect of initial average effective stress on the volume change on both sides is completely opposite. Based on fractal theory, an empirical formula for predicting Br value under different consolidations, shear paths and initial average effective stress is established, and the complex influence mechanism of stress path and particle fracture coupling on the shear behavior of calcareous sand is revealed. According to the test results, the generalized additive models (GAMs) are used to derive the strength envelope considering the effects of particle breakage and stress paths, which can be used as the basis for predicting the peak strength of calcareous sand under different stress paths.

Key words: stress path, calcareous sand, particle breakage, fractal theory, generalized additive models

中图分类号: 

  • TU411
[1] 曾召田, 梁珍, 孙凌云, 付慧丽, 范理云, 潘斌, 于海浩, . 水泥胶结钙质砂导热系数的影响因素试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 88-96.
[2] 申嘉伟, 周博, 付茹, 库泉, 汪华斌, . 钙质砂单颗粒破碎强度和模式的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 312-320.
[3] 覃东来, 孟庆山, 阎钶, 覃庆龙, 黄孝芳, 饶佩森, . 钙质砂砾剪切强度及变形的粒径效应试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 331-338.
[4] 张小燕, 张益, 张晋勋, 魏凯园, 王宁, . 含橡胶纤维钙质砂的渗透和固结特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2115-2122.
[5] 柴源, 牛勇, 吕海波, . 水泥胶结钙质砂地层中单桩竖向承载特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2203-2212.
[6] 王嘉璐, 张升, 童晨曦, 戴邵衡, 黎章. 基于染色标定的钙质砂颗粒破碎级配 转移矩阵试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2222-2232.
[7] 陈宾, 邓坚, 胡杰铭, 张建林, 张涛, . 钙质砂一维蠕变分形破碎特性宏微观试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1781-1790.
[8] 王海波, 吕伟华, 武荘, 朱文波, . 不同温度应力路径下饱和黏土剪切特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 679-687.
[9] 胡聪, 龙志林, 旷杜敏, 龚钊卯, 俞飘旖, 徐国斌. 基于多视角二维图像的钙质砂颗粒三维重构方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 761-768.
[10] 肖瑶, 邓华锋, 李建林, 程雷, 朱文羲. 海水环境下巴氏芽孢杆菌驯化 及钙质砂固化效果研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 395-404.
[11] 万志辉, 戴国亮, 龚维明, 高鲁超, . 海水环境下钙质砂水泥土加固体的 微观侵蚀机制试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1871-1882.
[12] 饶佩森, 李丹, 孟庆山, 王新志, 付金鑫, 雷学文, . 循环荷载作用下钙质砂地基土压力分布特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1579-1586.
[13] 鞠远江, 胡明鉴, 秦坤坤, 宋博, 孙子晨, . 珊瑚礁岛钙质砂细颗粒渗透运移规律研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1245-1253.
[14] 董博文, 刘士雨, 俞缙, 肖杨, 蔡燕燕, 涂兵雄. 基于微生物诱导碳酸钙沉淀的天然海水 加固钙质砂效果评价[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1104-1114.
[15] 胡利文, 刘志军, . 真空预压加固土体变形机制分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 790-799.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .