三軸試驗(yàn)孔隙水壓力影響因素分析.pdf

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1、水利科研東北水利水電2014年第8期[文章編號(hào)】1OO2—0624(2O14)O8一OO42一o3三軸試驗(yàn)孔隙水壓力影響因素分析王靜(上海申元巖土工程有限公司，上海200125)[摘要]文中闡述了．TLI~水產(chǎn)生的原因和孔隙水壓力測(cè)量的室內(nèi)試驗(yàn)方法，通過(guò)對(duì)其原理的分析，探討了三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)中孔隙水壓力的影響因素。主要有土的飽和度的影響、土剪脹(剪縮)影響及儀器設(shè)備和操作方法的影響，針對(duì)這些影響因素提出了改進(jìn)的方法。[關(guān)鍵詞]孔隙水壓力；影響因素；改進(jìn)方法；三軸試驗(yàn)[中圖分類號(hào)】TV12[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A1孔隙水壓力產(chǎn)生的原因及試驗(yàn)原

2、理1．1孔隙水壓力產(chǎn)生的原因日日土是由固體顆粒、水和空氣三部分組成的。組【al施加等向囝壓力lbl不排木條件下燕扭圉壓增tlAtr，成土的這三部分之間的不同比例，反映土的各種不同狀態(tài)，它對(duì)評(píng)價(jià)土的物理、力學(xué)性質(zhì)有著重要[l)△_△目l&rt-Acr3-Aul~cr,-Acrll一△△意義【1]。當(dāng)受外界條件影響，作用在土體單元上的總應(yīng)力發(fā)生變化，導(dǎo)致土體三相之間發(fā)生變化，此{(lán)c)不排水條件下施加軸向應(yīng)力△廣△【d)不排水條件下施加軸向應(yīng)力增量△和圍壓增量△以時(shí)土骨架的體積和有效應(yīng)力都存在著一個(gè)從起始圖1軸對(duì)稱三軸試驗(yàn)應(yīng)力狀態(tài)圖狀態(tài)到新?tīng)顟B(tài)

3、過(guò)渡的過(guò)程。而當(dāng)土的滲透系數(shù)較，，待完全固結(jié)，使試樣中的孔隙水壓力完全消散小時(shí)，若將水排出，使土的骨架過(guò)渡到新的孔隙至au=0，圍壓力0-c全部作用于土骨架成為有效比，在短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這樣，就可能出現(xiàn)一個(gè)隨應(yīng)力△，見(jiàn)圖1(a)，其意圖是使試樣恢復(fù)至原位時(shí)間消散的附加的孔隙水壓力場(chǎng)。這種孔隙水壓應(yīng)力狀態(tài)，然后，在不排水條件下，施加荷載應(yīng)力力，恰是導(dǎo)致許多工程失事的直接原因。增量，圍壓力為ao"。，軸向應(yīng)力為A，進(jìn)行試驗(yàn)。1．2試驗(yàn)原理按彈性理論應(yīng)力疊加原理，把荷載應(yīng)力增量分解通過(guò)三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)，可測(cè)得軸對(duì)稱為圍壓增量△0r3和軸壓

4、增量(Ao-廣aor。)兩部分，應(yīng)力條件下荷載應(yīng)力增量引起的孔隙水壓力。圖1分別見(jiàn)圖1中(b)、(c)兩種情況。在試驗(yàn)時(shí)分別施所示：為三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)試樣土單元體受加圍壓增量和軸壓增量，先施加正應(yīng)力部分，即施到軸對(duì)稱應(yīng)力作用時(shí)，孔隙水壓力和有效應(yīng)力的加等向圍壓力A0"3，見(jiàn)圖1(bo此時(shí)，由正應(yīng)力引變化過(guò)程。圖1(a)、(b)、(c)和(d)中的三個(gè)方塊，起的孔隙水壓力為△u。相應(yīng)地，由有效應(yīng)力原理按順序分別表示土試樣受到的軸對(duì)稱應(yīng)力增量的得到作用于試樣土骨架的有效應(yīng)力為A0"，即作用力Aor、在試樣中產(chǎn)生的孔隙水壓力增量A和ao"

5、3=Ao"3一△u3(1)作用于土骨架的有效應(yīng)力ao"。然后，繼續(xù)施加軸向壓力增量(aor廣a)，按試驗(yàn)的步驟，首先對(duì)試樣施加等向圍壓力即施加剪應(yīng)力進(jìn)行剪切，見(jiàn)圖1(C)。此時(shí)，土試樣·42·2014年第8期東北水利水電水利科研受軸向壓力引起的孔隙水壓力增量為△，相應(yīng)土<土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)>【2】中要求完全排出困陷于管試樣骨架受到的有效應(yīng)力為道中的氣泡，并提出了判斷的標(biāo)準(zhǔn)，也提出了體積軸向：△’】=△or1一△ul(2)因數(shù)應(yīng)小于1．5x10-scm3／kPa的參考數(shù)據(jù)。必須指徑向：△or3=0一△M1=一△l(3)出，該數(shù)據(jù)只適用于一般情

6、況，例如適用于壓縮系土試樣單元體受到軸對(duì)稱應(yīng)力增量。Aor和數(shù)小于10-3kPa一1的正常固結(jié)和超固結(jié)的飽和Aor3作用剪切時(shí)，引起的孔隙水壓力增量△u也土，對(duì)于壓縮系數(shù)大于10—3kPa的超固結(jié)飽和粘可按照應(yīng)力疊加的原理計(jì)算，即為圍壓增量A0"3土，體積因數(shù)應(yīng)減小到1．5×10一cm3／kPa，才可將和軸壓增量(Aor一Aor，)，兩者引起的孔隙水／~Au3量測(cè)誤差降低到1％。還應(yīng)指出，量測(cè)系統(tǒng)中的體和△，的疊加，故積變化，不但會(huì)引起時(shí)間延滯，而且還會(huì)改變?cè)嚇覣u=Au1+△u3(4)中的孔隙水壓力值。這是因?yàn)樵嚇又械目紫端鞣謩e對(duì)兩孔

7、隙水壓力增量△u和△u，進(jìn)行分向量測(cè)系統(tǒng)后，試樣的體積減小了，有效應(yīng)力增加析，最后可求得軸對(duì)稱應(yīng)力增量Aor。和△，引起了，在外力不變的情況下，孔隙水壓力也相應(yīng)地減的孔隙水壓力△。小了。由此可見(jiàn)，只有減小量測(cè)系統(tǒng)的體積因數(shù)，孔隙水壓力增量△，和△與軸對(duì)稱應(yīng)力才能縮短延滯時(shí)間，提高孑L隙水壓力的測(cè)試精度。Aor，和△的關(guān)系，可通過(guò)土骨架和水的應(yīng)力應(yīng)、2．2土的飽和度的影響變關(guān)系來(lái)分析求解，也可利用三軸試驗(yàn)結(jié)果分析如果孔隙中包含有氣體，由于氣體的可壓縮求解。相對(duì)而言，后者比較直接而實(shí)用。性，將會(huì)影響孔隙水壓力的增長(zhǎng)和測(cè)量。當(dāng)完全飽三軸試驗(yàn)的結(jié)

8、果表明：凡對(duì)土試樣施加軸對(duì)和試樣在不排水條件下受到恒定的圍壓時(shí)，則試稱應(yīng)力增量(Aor和△)必然引起試樣中孔隙水樣內(nèi)的孑L隙壓力是均等的，此時(shí)所產(chǎn)生的孔隙水壓力的增大(△)。孔隙水壓力增量△與