尺寸和荷载对砂性土摩擦角的影响分析

本节进一步比较分析不同荷载条件下的试样在临界状态时的宏观特性，这些宏观特性包括摩擦角、膨胀角和体积应变。

图7.5（a）、（b）所示为临界状态下平面应变和三轴压缩以及平面应变和直剪试验试样的摩擦角的对比。从图7.5（a）中可以发现，临界状态下，对于中密试样和松散试样，平面应变条件时的摩擦角比三轴压缩时大，但是对于密实试样，平面应变条件时的摩擦角比三轴压缩条件时小。平面应变条件下所有试样临界状态下平均摩擦角为28.9°，大于三轴压缩条件下试样的平均摩擦角（27.2°）。从图7.5（b）中可以看出，平面应变试样临界状态下的摩擦角总比直剪试样大。直剪条件下，所有试样临界状态时的平均摩擦角为20.9°，小于平面应变试样（28.9°）。所以，临界状态下，三轴压缩试样的摩擦角与平面应变试样更为接近，这与有些学者提出的直剪条件下的试样与平面应变条件更为相似的结论相矛盾（Liu，2006）。

图7.5　临界状态时不同荷载条件下试样摩擦角对比

（a）平面应变与三轴压缩试样对比；（b）平面应变和直剪试样对比

M值与φcs（临界状态摩擦角）有关。三轴对称压缩试样的M与φcs的关系可以表示为

三轴压缩试样临界状态下的平均摩擦角为27.2°，根据式（7.4）计算而得Mc=1.08。该值与q-p曲线上直接测得的值1.06非常相近。(www.xing528.com)

图7.6（a）、（b）所示为临界状态下平面应变和三轴压缩以及平面应变和直剪试样膨胀角的对比。对松散试样，平面应变试样膨胀角比相应的三轴压缩试样和直剪试样大，但是对中密和密实试样，平面应变试样膨胀角比相应的三轴压缩试样和直剪试样小。临界状态下平面应变、三轴压缩、直剪试样的平均膨胀角分别为0.1、4.2、7.3。

图7.6　临界状态时不同荷载条件下试样膨胀角对比

（a）平面应变与三轴压缩试样对比；（b）平面应变和直剪试样对比

图7.7　临界状态时平面应变试样和三轴压缩试样体积应变对比

图7.7所示为临界状态下平面应变试样和三轴压缩试样体积应变的比较。从图中可以看出，密实平面应变试样体积应变比相应的三轴压缩试样大，但是中密试样和松散试样的体积应变相近。