岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (10): 3758-3766.doi: 10.16285/j.rsm.2018.1373

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

原状膨胀土剪切力学特性的卸荷速率 效应试验研究

李新明1, 2，孔令伟2，郭爱国2   

  1. 1. 中原工学院 建筑工程学院，河南 郑州 450007；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2018-10-12 出版日期:2019-10-11 发布日期:2019-10-19
  • 通讯作者: 孔令伟，男，1967年生，博士，研究员，博士生导师，主要从事特殊土的力学特性与灾害防治技术方面的研究工作。E-mail: lwkong@whrsm.ac.cn E-mail:xinmingli01@163.com
  • 作者简介:李新明，男，1987年生，博士，副教授，主要从事特殊土力学及边坡工程方面的工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金青年科学(No. 51509274)；国家自然科学基金重点项目(No. 41430634)；河南省高等学校重点科研项目计划(No. 15A560013)。

Experimental study of the influence of unloading rate on the shear mechanical properties of undisturbed expansive clay

LI Xin-ming1, 2, KONG Ling-wei2, GUO Ai-guo2   

  1. 1. School of Civil Engineering and Architecture, Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, Henan 450007, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2018-10-12 Online:2019-10-11 Published:2019-10-19
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation for Young Scholars of China (51509274), the Key Program of National Natural Science Foundation of China (41430634) and the Key Scientific Research Projects Plan of Henan Higher Education Institutions (15A560013).

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摘要： 利用GDS三轴试验系统，对南阳原状膨胀土进行了3种卸荷速率下的固结不排水三轴剪切试验，分析了卸荷速率和卸荷路径对膨胀土剪切力学特性的影响。结果表明，膨胀土在不同卸荷速率下的归一化应力-应变关系曲线均呈双曲线型。卸荷速率由0.02 kPa/min增加至2 kPa/min时，被动压缩路径和被动挤伸路径下的膨胀土不排水强度单调增大。在160～320 kPa固结应力范围内，两种卸荷路径下膨胀土孔隙水压力始终为负值，均表现为卸荷速率为0.02 kPa/min时其降幅最大。引入卸荷速率参数ρ0.02后发现，卸荷速率每提高10倍，被动压缩路径和被动挤伸路径下的不排水强度分别增加约5.6%和4.8%。原状膨胀土样的破坏模式与剪切速率及裂隙性有关，表现为小卸荷速率下主剪切带与副剪切带共存，而大卸荷速率下仅有主剪切带。

关键词: 原状膨胀土, 卸荷速率, 应力路径, 抗剪强度, 剪切带

Abstract: Consolidated undrained triaxial shear tests on undisturbed saturated Nanyang expansive clay have been performed in both reduced triaxial compression (RTC) and reduced triaxial extension (RTE) stress paths with three axial consolidation stresses (160 kPa, 240 kPa and 320 kPa) and three unloading rates (0.02 kPa/min, 0.2 kPa/min and 2 kPa/min) by GDS triaxial system. The influence of unloading rate on shear strength, pore-water pressure and effective stress path was analyzed. Test results showed that the stress-strain relationship was in hyperbolic under different unloading rates for RTC and RTE. The undrained shear strength increased with the increase of unloading rate from 0.02 kPa/min to 2 kPa/min. The pore pressure of the rate at 0.02 kPa/min was the minimum under two stress paths with the consolidation stress from 160 kPa to 320 kPa. Considering the change of the unloading rate parameter ρ0.02, the undrained shear strength increased 5.6% and 4.8% with every tenfold increase of the unloading rate. The rate effects on undrained shear strength were greater in reduced compression tests than those in reduced extension tests. The failure pattern of the undisturbed expansive soil sample was related to the shear rate and micro crack, demonstrating the coexistence of the main shear zone and the sub shear zones at low unloading rate. For the case of high unloading rate, the main shear zone was the only failure pattern.

Key words: undisturbed expansive clay, unloading rate, stress path, shear strength, shear band

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