平面应变强度参数计算结果及安全性

由前所述，三个主应力对土的应力—应变—强度—体积变化特性都发挥重要作用。而在实际岩土工程中，很多工程问题都属于平面应变条件（比如路堤和较长的土坝）。但是由于平面应变试验一般比较复杂繁琐，且很多实验室没有平面应变试验的试验装置，所以轴对称三轴试验和直剪试验虽然与真实工程条件不完全符合，但却因为相对简单，成为获取工程设计参数的最常用的试验方法。

从三轴压缩或直剪试验结果得到平面应变条件下的设计参数方法有两种。一是直接将三轴压缩或直剪试验得到的强度参数（如摩擦角）应用于平面应变条件；二是采用经验或者半经验的方法通过三轴压缩或直剪试验的参数推算试样在平面应变条件下的强度参数。很多文献研究发现，平面应变条件下试样的摩擦角一般比三轴压缩或直剪试样大（Cornforth，1964；Henkel and Wade，1966；Rowe，1969；Lee，1970），本书数值模拟的结果同样验证了这一观点。在第4章中，表4.2和图4.8比较了平面应变、三轴压缩、直剪条件下试样的峰值摩擦角和临界状态摩擦角。相同条件下（孔隙比相同、围压/荷载相同），平面应变试样的摩擦角要比在三轴压缩和直剪条件下试样摩擦角大。所以将三轴压缩和直剪试验结果直接应用于平面应变条件的方法会使得设计偏于保守。另外发现，在平面应变、三轴压缩、直剪试样中，直剪试样的摩擦角最小，平面应变试样与三轴压缩试样参数比较接近，而与直剪试样参数相差较大。这与文献中有的结论并不一致，有的研究（Liu，2006）认为直剪条件与平面应变条件更为相似。虽然偏于保守的设计对工程安全比较有利，但是过于保守会造成经济上的浪费。(www.xing528.com)

对于从三轴压缩或直剪试验计算得到平面应变条件下设计参数的方法，已有学者进行了大量研究（Rowe，1962；Bolton，1986；Hanna，2001；Ramamurthy and Tokhi，1981）。相关理论在第2章都有所介绍，数值模拟中的测量值与计算值的比较在第4章也有讨论，比较的结果见图4.11至图4.14。从数值模拟的结果来看，有一些根据三轴压缩或直剪试验结果推导出的平面应变试样强度参数与直接测量得到的平面应变试样强度参数比较吻合（Hanna，2001；Ramamurthy and Tokhi，1981），但也有一些公式计算的结果会高估平面应变试样的强度（Bolton，1986）。所以，在使用经验或半经验公式由三轴压缩或直剪试验结果估算平面应变试样强度参数时，需要非常谨慎，如果对强度高估，会造成设计的不安全。