岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (8): 2327-2336.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1874

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温、湿控制生土三轴试验装置的研制与应用

徐龙飞1, 2,翁效林1,WONG Henry2,FABBRI Antonin2,朱谭谭1   

  1. 1. 长安大学 公路学院,陕西 西安 710064;2. 里昂大学 国立国家公共工程学院,里昂 法国 69000
  • 收稿日期:2021-11-05 修回日期:2022-01-13 出版日期:2022-08-11 发布日期:2022-08-19
  • 通讯作者: 翁效林,男,1980年生,博士,教授,主要从事公路隧道与路基工程方面的研究。E-mail: wengxl2000@126.com E-mail:longfei.xu@chd.edu.cn
  • 作者简介:徐龙飞,男,1989年生,博士,讲师,主要从事生土材料性质评价及本构模型方面的研究。
  • 基金资助:
    中国博士后科学基金面上项目(No. 2020M673320);陕西省自然科学基金(No. 2020JQ-369,2021JQ-270)。

Development and application of a temperature-humidity controlled triaxial apparatus for earth materials

XU Long-fei1, 2, WENG Xiao-lin1, WONG Henry2, FABBRI Antonin2, ZHU Tan-tan1    

  1. 1. School of Highway, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710064, China; 2. National School of State Public Works, Lyon University, Lyon 69000, France
  • Received:2021-11-05 Revised:2022-01-13 Online:2022-08-11 Published:2022-08-19
  • Supported by:
    This work was supported by the General Program of China Postdoctoral Science Foundation (2020M673320) and the Natural Science Basic Research Program of Shaanxi Province (2020JQ-369, 2021JQ-270).

摘要: 为研究温度和湿度对生土力学特性的影响,自主研发了温、湿控制生土三轴试验装置。基于常规三轴压力室,借助电涡流非接触位移传感器搭建高精度变形测试系统,实现环境变化下生土应变的连续性捕捉。针对法国里昂地区生土材料,开展不同湿度、围压和温度作用下生土三轴循环加载-卸载试验,实测生土在不同工况下的三轴剪切破坏强度、应力-应变曲线及体积变化,通过分析滞回曲线,研究弹性模量和残余应变随应力水平的演化特征;同时进行了变湿度条件下生土气态水迁移效应试验。结果表明:该装置能够稳定控制生土环境变化条件,模拟再现生土单元体实际服役工况,精确测量试验过程中生土力学指标及湿度、温度与压力等环境指标,初步检验了装置性能的可靠性和准确性。相关成果可为荷载-湿-热耦合作用下非饱和生土变形机制的研究与本构模型的建立提供技术支撑。

关键词: 生土, 温、湿控制, 三轴试验, 循环加载-卸载, 力学特性

Abstract: To investigate the influence of temperature and humidity on the mechanical behavior of earth materials, a triaxial apparatus, which can accurately control the temperature and relative humidity of earth materials, was independently developed. Based on the conventional triaxial pressure chamber, a deformation measuring system was set up with the assistance of eddy-current type noncontact deformation sensor, thereby fulfilling the capture of continuous strain variation of earth specimen under the change of environmental condition. A series of cyclic loading-unloading triaxial tests was carried out on the earth material located in Lyon, France, while considering the effects of humidity, confining pressure and temperature. The failure strength, stress-strain curves and the volumetric change were measured through the aforementioned tests, and the Young’s modulus and residual strain under different stress levels were also studied by means of hysteresis loop occurred in the experimental results. Additionally, a vapor migration test of earth material under relative humidity action was also conducted. The results show that the new developed instrument can well control the environmental condition variation and simulate the real working state of earth specimen. The mechanical and environmental indexes are accurately measured, which preliminarily verifies the reliability and accuracy of this apparatus. The relevant research results can provide technical support for understanding the thermal-hydro-mechanical coupling deformation mechanism and constitutive modelling of unsaturated earth materials.

Key words: earth material, temperature and humidity controlling, triaxial tests, cyclic loading-unloading, mechanical behavior

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