重塑飽和黏土三軸剪切蠕變試驗研究

(揚州大學建筑科學與工程學院 江蘇 揚州 225009)

引言

三軸蠕變試驗在三軸儀上完成，在試樣圍壓一定的情況下，通過對試樣軸向應力采用分級加荷的方法對試樣進行剪切，每一級荷載施加完成后保持圍壓不變。根據需要采取不固結不排水、固結不排水、固結排水剪切試驗。本文主要進行了重塑飽和黏土的三軸剪切蠕變試驗，不同加載分級條件下剪切蠕變性質。

一、試驗方案

根據試樣在圍壓100kPa下的常規的三軸剪切蠕變試驗，分不同剪切路徑對試樣進行三軸剪切蠕變試驗。每級荷載的作用時間為7d，24h內變形量小于0.01便可施加下一級荷載。試樣為編號1和2，兩個試樣圍壓都為100kPa，試驗1逐級荷載為60-120-180-240，試樣2逐級荷載為60-160-260-360。

二、試驗結果分析

為了更好地研究不同圍壓下試樣的蠕變性質，本次試驗按照1-1的試驗方案進行試驗，現對其中有效數據進行分析。

(一)三軸剪切蠕變試驗軸向應變與時間的關系

圖1為三軸剪切蠕變試驗在不同圍壓下試樣的軸向應變與時間的關系曲線。

圖1 不同圍壓下試樣軸向應變與時間關系曲線

由圖1可知：(1)在應力較小時，試樣的蠕變變形量很小，呈現出衰減流變的現象，即試樣的軸向變形以減速的方式在發展。待軸向變形穩定，下一級荷載再進行加載，這時的變形會增大，但是變形量增加的大小受到本級荷載以及初始荷載的影響；(2)應力較大時，流變過程速度較快，產生了兩個階段：衰減流變階段、低速流變階段。隨著應力水平的逐漸增大直至達到最大值，軸向變形變形可以分為三個階段：衰減蠕變階段、低速蠕變階段、加速蠕變階段。試樣在三軸剪切蠕變試驗中出現加速蠕變的情況比較少，存在時間較長的還是低速蠕變階段，且低速蠕變階段蠕變的速度不是一成不變的。

(二)三軸剪切蠕變試驗體積應變與時間的關系

三軸剪切蠕變試驗中試樣的體應變與時間的關系曲線，如圖2所示。

通過圖2試樣體應變與時間的曲線圖我們可以得出：(1)體積應變在試樣初始加載時無明顯變化，隨著荷載的增大，體應變也開始隨之變化；(2)試樣體應變的變化跟孔隙水的排出有著密不可分的關系，試樣在加載的初級階段，即在較低應力下時，試樣要達到能夠看到明顯體應變變化量的時間較長，說明此時的孔隙水排出也較困難，所需時間也較長。而在較高應力作用下時，孔隙水以較快速度排出，體應變較明顯。隨著有效應力的增大及時間的發展，孔隙水逐漸被排出，體應變也出現上升趨勢，出現這種現象的原因是在試樣蠕變過程中，先是受到了固結硬化的作用，而隨著時間的推延，逐漸出現軟化的現象，這時的體應變會呈上升趨勢。

圖2 不同圍壓下試樣體應變與時間關系曲線

三、結論

本文通過對揚州市較典型黏土進行在相同圍壓下不同剪切路徑的三軸剪切蠕變試驗來分析其蠕變性質得到結論，土體的三軸剪切蠕變可以理解為土體內部組織結構硬化和軟化之間的轉化。在低應力階段，土體在外荷載的作用下孔隙水排出，土體被壓實，土體結構強度增大，即土體產生硬化作用，呈現衰減蠕變現象。隨著應力水平的提高，逐漸增大至超過土體自身的屈服強度，土體內部結構組織開始破壞，也就是產生了內部結構的軟化作用。待土體內部的軟化部分超過硬化的部分，土體開始發生劇烈的變形。隨著時間的推移，土體內部自我調整趨于穩定，即蠕變穩定現象。