一种减载的三轴试验方法及其应用分析★

吴易来 张 媛 李荣建

(1.陕西港华建筑工程有限公司，陕西 西安 710061； 2.西安理工大学岩土工程研究所，陕西 西安 710048)

·岩土工程·地基基础·

一种减载的三轴试验方法及其应用分析★

吴易来1张 媛2李荣建2

(1.陕西港华建筑工程有限公司，陕西 西安 710061； 2.西安理工大学岩土工程研究所，陕西 西安 710048)

基于拓宽三轴应力路径试验的方法和途径，研制了一种简单实用的减载拉伸应力路径的试验仪，通过相关试验确定了两种应力路径下砂土的强度参数，分析了常规三轴应力路径和三轴拉伸应力路径试验条件下强度的区别，以供参考。

砂土，强度，应力路径，常规三轴试验仪，改进方法

0 引言

由于砂土的应力—应变关系曲线具有应力路径相关性，在相同的起始应力状态下，经历的应力路径不同，砂土的应力—应变关系明显不同，从而砂土的强度破坏线也可能有所不同[1-3]。目前全自动静—动三轴剪切仪虽然可以实现多种复杂应力路径静态剪切试验[4]，但该类仪器成本仍较高，实际操作复杂。

因此，基于作者提出的一种简易的、可行的、造价低的应力路径试验仪[5]的思路，本研究首先研制了相应的改装设备，然后进行了常规压缩应力路径和三轴拉伸应力路径下饱和砂土的强度试验，进一步研究常规三轴应力路径和三轴拉伸应力路径试验条件下强度的区别。

1 三轴伸长应力路径试验仪的研制

基于拓宽应力路径试验的方法和途径这一目的，提出了一种简单实用的减载拉伸应力路径的试验改进和制作方法(见图1)。

设备研制中，为了实现电机驱动的上部传力杆的轴向拉伸减载，在压力室外部的上部传力杆和试样上帽上方的传力杆之间设置了轴向拉挂装置，从而保证了压力室外部的上部传力杆和压力室内部试样上帽上方的传力杆之间的有效连接。

设备研制中，为了保证试样上帽与其上方的传力杆之间不脱离，将传统的试样上帽分离为两个部分并进行分别制作：1)将原试样上帽的帽芯与其上方的传力杆粘结为一个整体，帽芯外侧进行螺纹设计；2)将原试样上帽的帽缘内侧亦设计成螺纹。试验安装试样操作时，在土样橡皮膜连接后，通过旋转传力杆将粘结的帽芯部分旋转拧入试样上帽的帽缘内侧螺纹，即可以实现试样和上顶帽有效连接，如此就可以进行三轴拉伸应力路径试验。

2 两种应力路径试验应用与比较分析

饱和砂(干密度为1.60 g/cm3)在常规三轴试验中测得的常规应力路径条件下的试验结果如图2所示(以(σa+σc)/2和(σa-σc)/2为坐标表达)。

三轴拉伸应力路径条件下的试验结果如图3所示，相应的应力应变曲线如图4所示，试验结果较为合理，表明改进的三轴拉伸设备是成功的。

根据相应的试验可以计算出砂土的内摩擦角φ，相应的常规三轴压缩应力路径(CTC)和三轴拉伸应力路径(RTE)试验确定的强度参数如表1所示。

表1 两种应力路径条件下饱和砂的强度参数

常规三轴压缩应力路径试验中测得饱和砂的内摩擦角为32.17°，而本文研制的三轴拉伸应力路径仪中测得的饱和砂的内摩擦角为29.02°，其结果明显小于常规三轴压缩应力路径试验的强度值。究其原因有两方面：一方面，常规三轴压缩应力路径试验时传力轴始终处于压缩加载，砂土土体试样整体处于压缩加载状态；另一方面，本文研制的三轴拉伸应力路径仪在试验时传力轴处于拉伸卸载，砂土土体试样整体处于卸载状态，砂土颗粒之间的咬合有所降低。正是这两方面的差异导致了两种应力路径条件下砂土的强度有所不同。

3 结语

基于常规三轴压缩应力路径和三轴拉伸应力路径下砂土的强度试验，分别确定了两种应力路径下砂土的强度参数。相对于常规三轴应力路径试验，三轴拉伸应力路径条件下内摩擦角有所降低，原因在于三轴拉伸条件下砂土试样整体处于卸载状态，砂土颗粒之间咬合作用有所降低。

[1] Jeda J. Stress-path dependent shear strength of sand[J].Journal of Geotechnical Engineering，1994,120(6):958-974.

[2] 邱金营.应力路径对砂土应力应变关系的影响[J].岩土工程学报,1995,17(2):75-82.

[3] 冯少杰,王运霞.应力路径对饱和砂土力学特性的影响研究综述[J].北方工业大学学报,2007,19(3):85-89.

[4] 许成顺,杜修力,姚爱军,等.全自动静—动三轴剪切仪的功能分析及应用[J].北京工业大学学报,2008,34(6):591-595.

[5] 王治军,李喜安,何 军,等.一种应变控制式三轴剪切仪：中国专利,CN201120212106.X[P].2011.

A simple implementing approach and its application for the reduced triaxial extension★

Wu Yilai1Zhang Yuan2Li Rongjian2

(1.ShaanxiKongwaConstructionEngineeringCo.,Ltd,Xi’an710061,China;2.InstituteofGeotechnicalEngineering,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)

Based on the methods and channels of extending triaxial stress path tests, the paper researches a simple and practical tester for reduced extension stress path, identifies the strength parameter of sand under the two stress paths in related test, and analyzes the differences between the regular triaxial stress path and the triaxial extension stress path under the conditions of tests, so as to provide some reference.

sand, strength, stress path, regular triaxial tester, improvement method

2014-12-18 ★：国家自然科学基金项目(项目编号：11072193)；陕西省教育厅科研项目(项目编号：14JS064)

吴易来(1985- )，男，助理工程师； 张 媛(1991- )，女，在读硕士； 李荣建(1969- )，男，博士，教授

1009-6825(2015)06-0056-02

TU411.3

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