岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (5): 1477-1486.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1779

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冻结砂不同应力路径三轴试验强度和变形分析

张鸿朋1, 2, 3,马芹永1, 2, 3,黄坤4,马冬冬1, 2, 3,姚兆明1, 2, 3,张发1, 2, 3   

  1. 1.安徽理工大学 土木建筑学院,安徽 淮南 232001;2. 安徽理工大学 矿山地下工程教育部工程研究中心,安徽 淮南 232001; 3. 安徽理工大学 省部共建深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽 淮南 232001; 4. 安徽建筑大学 土木工程学院,安徽 合肥 230009
  • 收稿日期:2022-11-14 接受日期:2023-02-03 出版日期:2023-05-09 发布日期:2023-04-30
  • 通讯作者: 马芹永,男,1964年生,博士,教授,博士生导师,主要从事冻土力学与工程方面的研究。E-mail: qymaah@126.com E-mail:hpzhangal@126.com
  • 作者简介:张鸿朋,男,1997年生,博士研究生,主要从事冻土力学与工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.50874003)

Strength and deformation analysis of frozen sand under different stress paths using triaxial test

ZHANG Hong-peng1, 2, 3, MA Qin-yong1, 2, 3, HUANG Kun4, MA Dong-dong1, 2, 3, YAO Zhao-ming1, 2, 3, ZHANG Fa1, 2, 3   

  1. 1. School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001, China; 2. Engineering Research Center of Underground Mine Construction, Ministry of Education, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001, China; 3. State Key Laboratory of Mining Response and Disaster Prevention and Control in Deep Coal Mine, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001, China; 4. School of Civil Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei, Anhui 230009, China
  • Received:2022-11-14 Accepted:2023-02-03 Online:2023-05-09 Published:2023-04-30
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (50874003).

摘要: 为研究冻土在复杂应力路径下的力学特性,利用自主研发的冻土三轴仪,进行了广义三轴压缩应力状态、平面应变应力状态和真三轴应力状态下的压缩试验,分析了冻结砂在不同应力状态下的强度演化规律和变形特性。试验结果表明:当小主应力相同时,冻结砂在广义三轴压缩应力状态、平面应变应力状态和真三轴应力状态下的强度和应力-应变曲线的斜率依次增大,小主应力对冻土的强度起到提高作用;小主应力方向始终产生膨胀变形;体应变随着大主应变的增加呈现先剪缩后剪胀的趋势,且在同一试验类型下,小主应力对体应变影响程度较小;同一试验加载条件下,小主应力越小,偏应力与球应力之比的位置越高;从广义三轴压缩应力状态至平面应变应力状态再到真三轴应力状态,试样的破坏强度依次提升。

关键词: 应力状态, 强度演化规律, 冻结砂, 应力-应变曲线

Abstract: To examine the mechanical properties of frozen soil under the influence of complex stress paths, a triaxial apparatus is applied to conduct compression tests under different loadings. The corresponding stress states involve generalized triaxial compression stress state, plane strain state and true triaxial stress state. The strength evolution law and deformation of frozen sand in the presence of various stress states are methodically explored. The obtained results reveal that for a constant minor principal stress, the strength of frozen sand and the slope of the stress-strain curve increase in the order of generalized triaxial compressive stress state, plane strain state and true triaxial stress state, respectively. Furthermore, the minor principal stress is capable of enhancing the strength of the frozen soil. The expansion deformation always occurs in the direction of minor principal stress. As the major principal strain grows, the volumetric strain initially shrinks and then expands. For the same test, minor principal stress has a trivial influence on the volumetric strain. Under the same test loading conditions, the smaller the minor principal stress is, the higher the ratio of deviatoric stress to spherical stress is. The failure strength of the sample enhances from the generalize triaxial compression stress state to the plane strain stress state, and then to the true triaxial stress state.

Key words: stress state, strength evolution law, frozen sand, stress-strain curve

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