[考虑结构状态扰动的天然黏土一维压缩模型]现对一扰动过的软黏土进行三轴

　　作者简介：朱启银（1986），男，博士生，主要从事岩土工程数值模拟、土工实验研究，（Email）qiyin.zhu@gmail.com。　　尹振宇（通信作者），男，研究员，博士生导师，（Email)zhenyu.yin@gmail.com。摘要：为了探索结构性黏土的一维压缩特性模拟方法，广泛调查研究了中国12种典型的结构性黏土的一维压缩试验，分析比较了这些黏土的原状土样和重塑土样的一维压缩试验结果，通过引入“结构比”变量并建立其破坏规律，提出了一个简单的可以描述结构性黏土一维压缩特性的模拟方法，并利用扰动状态概念推广此方法至扰动状态模型。最后，应用此模型模拟了结构性黏土的一维压缩实验，验证了此模拟方法的适用性。
　　关键词：黏土；一维压缩；结构比；结构破坏；扰动状态
　　中图分类号：TU 411.5文献标志码：A文章编号：16744764（2012）03002806
　　One Dimension Compression Model for Natural Clays Considering
　　Structure Disturbance
　　ZHU Qiyin, YIN Zhenyu, WANG Jianhua, XIA Xiaohe
　　(Center for Marine Geotechnics Research, Department of Civil Engineering,
　　Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, P. R. China)
　　Abstract:In order to investigate the 1D (one dimensional) compression behavior for China structured clays in a simple way, the experimental results on intact and reconstituted clay samples for 12 typical China natural clays located from south to north in China were analyzed. Based on these, a modeling method for destructuration behavior was proposed by introducing the bonding ratio and furthermore extended to disturbance soil model by using disturbance state concept. The proposed model was then validated by simulating 1D compression tests of various natural clays.
　　Key words:clay; onedimensional compression; bounding ratio; destructuration; disturbance state
　　结构性黏土在中国广泛分布在沿海、沿江地带。随着经济建设的大发展，越来越多的工程建设在这些结构性黏土层之上；结构性黏土由于在天然沉积过程中形成颗粒间胶结和大孔隙结构特点［12］，导致压缩变形较大，给地基基础的稳定性带来了很大安全隐患，给工程设计及建设的安全性和经济性提出了很大的挑战。
　　为了解结构性黏土的压缩变形规律，很多学者针对不同地区（中国如天津［3］、湖南［4］、山东［4］、福建［4］、江苏［5］、上海［6］、广东［67］、浙江［89］、湖北［10］等；其他国家如英国［1］、芬兰［2］、日本Ariake［1112］、墨西哥Mexico［13］、加拿大Riguad［14］等）的天然黏土做了大量的一维压缩试验。在理论方面，也有一些能够反应天然黏土结构破坏的弹塑性模型，比较典型的有Hong等［11］提出在双对数坐标上的压缩曲线中，应用场地状态线（FSL）来分析结构性黏土一维压缩特性的本构模型，此模型表达式简单、易用；不过其双对数曲线模型与剑桥模型的半对数曲线概念不太一致。Liu等［15］应用扰动状态概念分析了结构性黏土的重塑土样和原状土样孔隙比的差值，从而建立了能够反映一维条件下结构破坏的理论计算方法。另外，刘维正等［16］亦基于扰动状态概念建立了结构性土的本构模型。尽管这些理论方法可以很好的模拟黏土的压缩特性，但由于模型数学表达相对复杂，参数不能直接量取，不能简便地应用于实际工程。为此，本文以中国天然黏土的一维压缩特性为基础，尝试提出一个使用简单且较易扩展扰动状态模型的一维压缩模拟方法。
　　本文首先分析了中国12种不同地区的天然黏土一维压缩试验结果，引入“结构比”建立了符合结构性黏土一维压缩特性的简单模拟方法，并且分析了模型参数的确定，以及应用此模型来模拟结构性黏土的一维压缩试验，最后应用扰动状态概念讨论模型对不同扰动状态土的本构模拟推广。〖=D(〗朱启银，等：考虑结构状态扰动的天然黏土一维压缩模型〖=〗1结构性黏土压缩试验分析
　　研究调查了广泛分布在中国不同地区的12种天然黏土的一维压缩试验，土样所取地区分别为大港［3］、汉沽［3］、黄石［4］、青岛［4］、漳州［4］、连云港［5］、上海［6］、珠海［6］、南沙［7］、温州［8］、萧山［9］和武汉［10］（如图1）。因此，本调查囊括了中国较为典型的结构性黏土。从土样的物理性能指标（表1）中可以发现，不同地区结构性黏土的初始含水量、重度、孔隙比、塑限和液限表现出来的差异性较大，含水量变化范围为39.5%～70.5%；初始孔隙比变化范围为112～185。除青岛、上海和温州黏土含水率值略低于液限值外，其它黏土的含水率值均大于液限值。按照Casagrande塑性图分类（如图2），所调查的黏土包括低塑性无机黏土、高塑性无机黏土、高塑性粉质黏土和砂质黏土。图3分别给出了这12种天然黏土的原状和重塑土样压缩曲线。所有黏土的压缩曲线有一个共性：原状土压缩曲线位于重塑土之上，具有明显的屈服应力拐点；当应力低于屈服应力时，原状土压缩变形与土结构性无关［15］，土的压缩性很小；当应力大于屈服应力时，孔隙比急剧减小，压缩性显著增大，且大于重塑土的压缩性；当应力继续增大，原状土压缩曲线将趋近于重塑土，这时可以认为结构破坏近乎殆尽。