论文摘要
海洋结构物或建筑物地基中土体的初始应力状态是复杂多样的,在主应力大小发生变化的同时,主应力的方向也在不断地变化。而主应力方向的研究与试样的制备方法以及各向异性相关。其中针对砂土、黏土的研究比较集中,针对粉土并不多见。另一方面,试样制备是土工室内试验的关键环节,试样制备方法的不同将直接引发土体本身结构的差异,进而导致荷载作用下试样的力学反应特征不同。通过主应力方向的影响研究能够反映不同试样制备方法所导致的力学性质的差异。本文利用“土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪”,针对取自山东东营的原状饱和粉土和采用3种初始成样含水率夯击方法制备的重塑饱和粉土,在控制不同初始主应力方向角的三向非均等固结条件下固结,然后在控制平均主应力与中主应力系数恒定条件下,分别进行了主应力方向不同变化模式的静力剪切试验和动力扭剪试验,其中静力剪切试验包括剪切过程中主应力方向角变化和恒定两种情况。着重探讨了初始主应力方向、剪切过程中主应力方向、初始成样含水率等对饱和粉土静、动力应力-应变关系、孔隙水压力、有效应力路径以及强度等特性的影响。在5种初始主应力方向角α0条件下进行的静力扭剪试验结果表明：原状样的应力-应变关系均表现出明显的应变硬化特征,ω0=0%干装样的应力-应变关系基本表现为应变硬化特征,ω0=5、10%湿装样的应力-应变关系则表现出明显的应变软化特征。对应于相同广义剪应变,随着初始主应力方向角的增加,原状样和干装样的广义剪应力均逐渐降低,而湿装样的结果均显示出与初始主应力方向角关联度降低的趋势；扭剪过程中,原状粉土均经历了从剪缩到剪胀状态的转化；干装样先发生剪缩,后期出现剪胀趋势,存在相变状态；湿装样在各种α0情况下,只出现剪缩趋势。在3种初始主应力方向角条件下,进行的剪切过程中主应力方向角恒定的静力剪切试验结果表明：初始成样含水率对重塑粉土应力-应变关系的硬化或软化有着直接影响,且会影响湿装样的应力-应变关系的软化程度。采用适当的初始含水率制备试样,能够减小甚至消除粉土的初始结构各向异性。干装样的剪切强度明显高于湿装样,湿装样的剪切强度基本不受初始成样含水率的影响。干装样和湿装样强度均随着主应力方向角增加而降低。在3种初始主应力方向角条件下,进行的动力扭剪试验表明：相同初始主应力方向角和振次情况下,干装样的动强度要明显高于湿装样。对于采用同种初始成样含水率制备的试样,动强度随初始主应力方向角的增大而降低,湿装样动强度降低程度大于干装样。归一化后的峰值孔压比um/p0′与循环次数N之间的关系明显依赖于初始成样含水率,其中干装样的发展模式比较接近Seed给出的双曲线的变化模式,初始主应力方向角对峰值孔压比um/p0′的发展速率有影响。最后,对比研究了上述三种不同应力路径对饱和重塑粉土剪切特性的影响,结果表明：应力路径对饱和重塑粉土的残余强度影响显著。循环剪切中的流滑变形和循环流动性分别与单调剪切中的应变软化、应变硬化特征密切相关。相较于静力剪切试验,动力扭剪对干装样孔压的积累效应的影响更加显著；而不同的应力路径对湿装样孔压积累效应基本没有影响。