循环加减载下砂土变形的影响因素分析|循环小数除法题60道

　　摘要 围压和密度是影响砂土变形的两个主要因素。为了更全面的揭示这些因素对砂土变形的影响，本文重点分析了在循环加减载中，围压、密度和粒径对试样变形的影响。 　　关键词 围压；密度；粒径；砂土变形
　　中图分类号TU47 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0074-02
　　1 围压对循环加减载变形特性的影响
　　本文选用=1.536g/m3的松砂试样在100kPa、200kPa、300kPa三种围压下的变形特性来进行分析。在第一、二级的循环加减载过程中，随着围压的增加，试样的径向和体积应变的变化量相差不大，轴向应变逐渐变大。但在第三级加减载中试样的轴向和径向应变随围压的增大有明显的增大，轴向和径向应变的可恢复量都在减小。虽然试样在减载时体积应变有一定回弹，但试样整体表现为体缩。
　　与单调加载不同，这里围压对试样的径向应变有了显著影响，主要是因为循环加减载中每一级都是一个结构重建的过程，在第一级加减载中，颗粒发生的主要是弹性变形和位置错动，所以其加减载中试样表现出来的变形特性相近。但在第二级的加减载中，围压越高，轴向荷载越大，颗粒的摩擦力增大，这些因素直接导致在加载过程中颗粒的破碎程度提高，使得试样孔隙得到更充分的填充，轴向位移增大，试样密实度提高，进而使得泊松比增大，所以在第三级的初始加载中试样的轴向和径向应变随围压的增大有显著提高。由于每级中低围压下试样的孔隙比较高围压下的大，在减载的过程中，随着轴向力的减小，围压的作用开始表现出来，使试样表现出一种类似弹性的变形，由于低围压下的试样内部有更大的空间，所以其径向和轴向应变的恢复量较大。
　　2 密度对循环加减载变形特性的影响
　　对于密度而言，选择=300kPa的一组试验结果进行集中分析，随着密度的增加，试样轴向应变有减小的趋势；在第一、二级的加载中径向应变随密度的增大而增大，而在第三级加载中其受密度影响较小；体积应变由加载体缩、减载体胀发展到加载剪胀，减载体缩；减载时，试样应变的回弹量受密度的影响较小。
　　分析其原因主要是因为随着密度的增加，试样内部孔隙比减小，结构的稳定性增强，承载能力提高，达到预设的荷载所需要的轴向位移减小;而对于径向应变，由于松砂孔隙较大，在初始加载中会有颗粒填充现象，此时轴向位移增大，径向却基本不发生变形，体积变形表现为加载体缩，减载体胀。但经过第一、二级的循环加减载，3种密度试样的密实度趋于一致，所以在第三级初始加载中试样的径向应变趋于一致，但由于密砂在一、二级的加减载过程中已经产生了一定的侧向膨胀，所以此时表现出加载体胀，减载体缩；减载时试样的可恢复性主要是有加载时颗粒中所积蓄的位能和弹性变形来决定的，而密度对荷载的影响比较小，所以也就对减载回弹量影响较小。
　　3 颗粒对循环加减载变形特性的影响
　　由于这里只分析颗粒对变形的影响，为便于与上文石佛寺细砂的对比，这里选用试验中各种密度的毛营粉土在300kPa围压下的试验数据来进行分析。在第三级加减载中随着密度的增加，试样达到稳定状态所需要的循环次数逐渐增多，但试样整体的变形过程同细砂基本相同，都是随着密度的增加，试样轴向应变有减小的趋势；体积应变由加载体缩、减载体胀发展到加载剪胀，减载体缩;但在各级循环加减载中试样可恢复的轴向、径向和体积应变量变大，径向应变随密度增加表现出了明显的减小趋势。为了排除前期循环加减载所造成应变的累加，以更清晰的表现颗粒对变形的影响，将第一级第一次加载峰值点和减载最低点的试样轴向、径向和体积应变值列在表1中。
　　从表1中可以看到，随密度的增大，跟细砂一样，粉土的轴向应变减小，径向应变增大;在加载结束时粉土所能达到的轴向应变和径向应变都低于细砂的，但轴向应变的这种趋势随密度的增加而增大，径向应变则减小；在减载过程中，粉土应变的恢复量都高于细砂。
　　从粒径的角度来看，对于粉土其粒径范围为0.075mm~0.005mm，而细砂的粒径范围为0.25mm~0.075mm。在三轴加减载过程中，粉土颗粒更容易发生错动位移而填补到试样孔隙中，所以在第一级的加减载中粉土的轴向应变随密度的变化表现出很强的规律性。
　　对于松砂，孔隙比较大，此时试样的轴向应变很大，径向变形则很小，体缩量较大。而对于中密砂特别是密砂来说，由于颗粒排列较密，粉土颗粒较难发生错动变形。此时其轴向变形减小，而径向膨胀增大。由于在该级的加载中，颗粒基本不发生破坏，粉土试样中含有的颗粒量比较大，故变形中含有的位能也较大，减载时可恢复的变形也比较大。
　　4 结论
　　1）围压对试样的影响表现在两个方面，一是初级循环加减载中，围压和轴向荷载的祸合作用，使试样径向应变表现出减小趋势；二是在各级加减载中影响试样的密实度，进而影响试样在下级加减载中的有关特性。尤其在第二、三级的加减载中，颗粒会发生破碎。围压越高会导致破碎程度提高，在循环加减载达到稳定之后，试样的密实度也就会提高；
　　2）密度主要影响试样的孔隙比和结构稳定性，而对试样的荷载影响较小，所以在循环加减载试验中它对试样的变形过程影响较大，但对减载回弹量影响较小。松砂初始阶段结构松散，稳定性差，所以在初始加载中轴向应变较大，但径向变形较小，减载后可恢复的变形也较小。经过一、二级的循环加减载，三种密度试样的密实度趋于一致，但由于密砂在之前的加减载过程中己经产生了一定的侧向膨胀，所以第三级加减载中表现出加载体胀，减载体缩，而松砂仍然是加载体缩，减载体胀；
　　3）粒径主要影响颗粒移动的难易程度和循环加减载中颗粒中的积蓄位能。松砂试样，颗粒越小越容易发生错位而填充到孔隙中，导致轴向应变和体积应变增大，而径向变形较小，且在减载时体积的不可恢复量较大。密砂试样中，由于颗粒量大且排列紧密，不易发生错动，使其轴向变形减小，而径向膨胀增大，颗粒积蓄的位能升高，在减载时，会产生较大的回弹量。
　　
　　参考文献
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