非饱和粉砂抗拉强度特性研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:rockyliangchao
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土体拉伸破坏是岩土工程领域中不可忽视的一个问题。但由于土体抗拉强度相对于抗剪强度而言,其值相对偏小,所以在实际工程应用中一般认为土体不能承受拉应力。另外,由于对抗拉强度的试验量测相对困难,国内外对其研究都较少,相关的研究文献也较为缺乏。近年来,随着我国经济的蓬勃发展,公路、机场、大坝、地铁的修建日益兴起,对建筑物或构筑物的抗拉和抗裂能力有了更高的要求,越来越多的工程问题牵涉到土体的抗拉强度,如地面开裂,土石坝心墙裂缝,水力劈裂等都是土体拉伸破坏的表现形式。因此,对于土体拉伸特性的深入研究不仅对完善土体的强度理论有着重要的理论意义,更是对解决复杂岩土工程问题有着重要的实际应用价值。本文以非饱和粉砂为研究对象,利用自主开发研制的土体抗拉强度试验装置,运用等速率单轴拉伸方法对非饱和粉砂的抗拉强度进行了系统的研究工作,开展了不同干密度和含水量条件下的非饱和土抗拉强度试验研究,在此基础上提出了非饱和土抗拉强度模型,并基于有限元程序对室内抗拉强度试验进行了数值模拟和分析。本文取得的主要研究成果如下:1.自主开发研制了可对不同初始条件下非饱和土进行抗拉强度测试的非饱和土抗拉强度试验装置。利用该试验装置,开展了不同初始干密度和不同初始含水量条件下非饱和粉砂抗拉强度测试,通过试验得到了特定条件下非饱和粉砂在拉力作用下的拉伸作用力-时间曲线、位移-时间曲线、拉伸作用力-位移曲线和拉伸应力-应变曲线,并基于上述试验结果最终获得了不同初始干密度条件下上述非饱和粉砂抗拉强度-含水量关系曲线。2.基于试验研究成果,揭示了非饱和粉砂抗拉强度随干密度和含水量的演化规律,并进一步基于土体内部微观结构的演化,分析得到了非饱和粉砂抗拉强度演化的微观机理。在此基础上提出了一个能考虑干密度和含水量影响的非饱和土抗拉强度预测模型,并利用试验数据对该模型的有效性和适用性进行了验证。3.基于大型有限元分析软件ABAQUS,对上述非饱和土抗拉强度试验进行了有限元模拟分析,通过对上述室内抗拉强度试验进行建模,计算分析了试样在受力后的应力分布和拉伸变形,并将计算结果与试验结果进行对比,从而进一步对非饱和土抗拉强度演化规律与机理进行验证。
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