基于水平循环正应力和中主应力系数的饱和软粘土累积变形特性及本构模型试验研究

The stress paths of subgrade soils under traffic loading are extremly complex, they not only include the principal axis rotation, but also include horizontal cyclic normal stresses, and the intermediate principal stress coefficients are variable. Based on triaxial tests with cyclic confining pressure and true triaxial tests, the influences of drainage conditions, consolidation conditions, inclinations of stress paths and intermediate principal stress coefficients on the accumulated stain behavior of soft saturated clays are studied. The flow rules are improved considering the consolidation conditions, cycle numbers and stress paths. The relationships between increment of cyclic spherical stress amplitudes and increment of accumulated strain are researched. Based on the "EXPLICIT-MODEL", an increment model of strain accumulation is established. The test and theoretical results proposed in this project are helpful to the prediction of deformations on roads,railways,subways and airport pavements.

交通荷载下路基土体中的应力路径极其复杂，不但包括主应力轴旋转现象，而且具有水平循环正应力，同时中主应力系数也会发生改变。本项目针对包含水平循环正应力并且中主应力系数改变的复杂应力路径，通过循环围压动三轴和动静真三轴试验，研究排水条件、固结状态、水平循环正应力及中主应力系数等因素对饱和软粘土累积变形特性的影响，揭示饱和软粘土在不同固结状态、加载周数及应力路径下的流动法则，获得循环球应力幅值增量与累积应变增量的关系，并基于"EXPLICIT-MODEL"建立考虑应变累积方向、水平循环正应力和中主应力系数的饱和软粘土累积变形本构增量模型。本项目得到的试验和理论成果可用于公路、铁路、地铁、机场跑道等交通设施的沉降计算中。

交通荷载下路基土体中的应力路径极其复杂，不但具有水平循环正应力，同时中主应力系数也会发生改变。本项目针对长期复杂交通荷载下饱和软粘土地基的沉降问题，通过循环围压动三轴和动静真三轴试验，研究排水条件、固结状态、水平循环正应力及中主应力系数等因素对饱和软粘土累积变形特性的影响，揭示饱和软粘土在不同固结状态、加载周数及应力路径下的应力路径-应变路径耦合发展规律，获得循环球应力幅值增量与累积应变增量的关系，建立考虑水平循环正应力和中主应力系数的饱和软粘土累积变形模型。主要研究成果包括：（1）获得了不同固结状态、应力路径斜率、排水条件、中主应力系数下饱和软粘土的剪切强度、孔压系数及割线模量值，建立了剪切强度、孔压系数及割线模量值与超固结度、应力路径斜率、中主应力系数之间的定量关系；（2）获得了不同固结状态、应力路径斜率、排水条件、中主应力系数下饱和软粘土超孔压、回弹模量及累积应变随加载周数的关系，发现了循环围压对部分排水条件下饱和软粘土累积变形的促进作用及循环中主应力系数对轴向累积应变的抑制作用，建立了累积变形及回弹模量与应力路径斜率、循环中主应力系数的定量关系；（3）获得了不同超固结度、循环应力比、加载周数、应力路径斜率等因素下循环偏应力-循环球应力耦合应力路径及偏应变-体应变耦合应变路径耦合规律，构建了应力增量张量-应变增量张量图谱，揭示了应力-应变非共轴性发展规律。（4）得到了累积应变增量与循环球应力幅值增量的定量关系，建立了不排水条件及部分排水条件下包含水平循环正应力并且中主应力系数改变的复杂应力路径下的饱和软粘土累积变形预测模型，并对模型精度进行了验证。本项目得到的试验和理论成果可用于公路、铁路、地铁、机场跑道等交通设施的沉降、模量计算和预测中。