植被防护土坡计算方法-饱和软土模拟

试验天然软黏土土样Gs=2.679,w l=48.8%,w p=25.85%,I p=23%。利用天然软黏土开展多阶段等向固结不排水剪切试验,剪切速率为+2%/h。有效室内围压分别为50kPa、150kPa和400k Pa。试验曲线示于图4.8中,结果用于确定临界状态土的内摩擦角。

图4.8　多阶段分级等向固结不排水三轴剪切试验

(a)偏应力与轴向应变；(b)超静孔压与轴向应变；(c)有效应力路径(www.xing528.com)

三轴试验由计算机自动控制的GDS三轴试验系统完成,三轴压缩和伸长试验采用K 0固结的土样。试样在逐步增加围压和反压的过程中达到饱和状态,其中一星期的饱和过程始终保持围压比反压高5k Pa。最终饱和围压为205k Pa,反压为200k Pa,B值达到0.98。饱和完成以后,在等向10kPa的有效围压下开始初始固结,然后再在K 0条件下开始不等向固结,直至有效围压分别达到σ′ho等于50kPa、150kPa或400kPa。压缩试验对应有效围压编号为C50、C150、C400,伸长试验按照有效围压顺序编号为E50、E150或E400。完成K 0固结后,保持有效围压不变开展多阶段不同应变速率的压缩和伸长试验。压缩试验应变速率从+2%/h到+0.2%/h,+20%/h,-2%/h,+2%/h。伸长试验应变速率从-2%/h到-0.2%/h,-20%/h,+2%/h,-2%/h。把土样作为一个土单元,应用本构方程和收敛算法进行本构模拟,并与试验结果进行比较。试验结果和本构模拟的①偏应力q=σ′a-σ′r对应轴向应变εa；②超静孔隙水压力对应轴向应变εa结果同时示于图4.9～图4.14中以便比较。

从图4.9～图4.14中可以看出:①本构模型较好地模拟了三轴压缩和伸长中的应变速率效应,应变速率越高,偏应力越大；②三轴压缩和伸长中的应变硬化和应变软化也被很好地模拟,特别是在高达20%/h应变速率下的软化现象；③超静孔隙水压力在高达20%/h的应变速率下表现为不随加载而积聚,而是有所减小,表现出表观超固结的特征,这是由于时间效应和加卸荷过程造成的。

考虑到黏塑性问题比一般塑性问题更为复杂,再加上试样的差异性、超静孔隙水压力在测试过程中传递、均化的滞后性、以及试验过程中多阶段不同应变速率之间的对接过程毕竟不是瞬时无缝完成的,因此对试样应力应变状态的扰动不可避免。总的来说,本构模拟结果和试验数据比较一致,虽然差异有的也较大。