非饱和土三轴 ,应用,案例,同济大学,高饱和度含气砂
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克日，，，， ，，同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室黄茂松教授团队在《岩土工程学报》揭晓了题为“高饱和度含气砂力学特征试验及状态相关本构模拟”的学术论文。。。这项科研效果使用定制刷新的GDS非饱和土三轴仪装备，，，， ，，通过三轴试验展现了少量游离气体可显著提升砂土抗静态液化能力，，，， ，，并建设了适用的高饱和度含气砂本构模子与失稳判别准则。。。
*论文版权归原作者和出书方所有，，，， ，，本文仅为学习交流。。。
以下是对这项效果的简要先容：
论文摘要
含气砂中气相的特殊保存形式，，，， ，，使其基天性子差别于一样平常的非饱和土。。。为剖析含气松砂的不排水力学特征及静态液化失稳特征，，，， ，，对配备双压力室体变量测的三轴试验系统举行扩展，，，， ，，实现了高饱和度含气砂的制备和试验。。；； ；谒⑿潞蟮暮寥崾匝橄低常，，， ，，开展了一系列饱和砂与含气砂三轴试验，，，， ，，并提出了判别含气砂静态液化的二阶功准则和行列式准则。。。研究效果批注：少量游离气体可以显著提高触发静态液化时的土体抗剪强度，，，， ，，增添触发静态液化所需要的轴向变形，，，， ，，从而提升其对抗静态液化的能力。。。二阶功准则隐含了目今的应变路径，，，， ，，可以准确判断含气砂的静态液化失稳点，，，， ，，而行列式准则是二阶功准则的须要条件，，，， ，，判断了目今状态下是否保存一条使土体损失稳固性的应变路径，，，， ，，即失稳的下限。。。
试验要领
一、试验装备
以配备 HKUST 体变量测系统的 GDS 三轴试验系统为基。。。，，， ，，新增饱和 CO?溶液制备系统，，，， ，，用透水石替换高进气值陶土板制成特制底座；； ；HKUST 系统通过 ±6.9kPa 量程的压差传感器准确量测体变，，，， ，，搭配恒温空调镌汰数据波动，，，， ，，辅助装备含气体压力控制器、压力体积控制器等，，，， ，，实现压力控制与数据收罗。。。
图1 含气土三轴试验系统示意图
GDS非饱和土三轴仪
二、试验质料
选用日本丰浦砂，，，， ，，主要因素为石英、长石，，，， ，，物理指标为：相对密度 2.645，，，， ，，不匀称系数 1.6，，，， ，，平均粒径 0.16mm，，，， ，，最大孔隙比 0.969、最小 0.617；； ；以饱和砂力学特征为参照，，，， ，，为模子参数标定提供依据。。。
三、试样制备
尺寸与密实度：试样直径 50mm、高 100mm，，，， ，，松砂用湿装夯实法（MT），，，， ，，中密砂用干装落砂法（DD）。。。
饱和砂：制样后通 CO?和无气水，，，， ，，反压饱和至 B 值≥0.98。。。
含气砂：饱和砂基础上，，，， ，，用饱和 CO?溶液置换孔隙液（置换体积＞3 倍孔隙体积），，，， ，，再以 0.5kPa/min 速率降压脱饱，，，， ，，通过压力体积控制器量测气体析出量。。。
四、试验计划
试验类型：分饱和砂固结排水（CDC）、固结不排水（CUC），，，， ，，含气砂固结不排水（CUCG）试验。。。
控制参数：各向同性固结，，，， ，，初始有用平均应力 200-1000kPa；； ；排水剪切应变率 0.1%/min，，，， ，，不排水剪切 0.3%/min；； ；量测轴向应力、应变、体变等数据。。。
相关图表
表1 丰浦砂基本物理性子
图2 含气砂降压历程中的体积转变曲线
表2 饱和丰浦砂三轴试验汇总表
注：CDC：固结排水三轴压缩试验（consolidated drained compression test）；； ；CUC：固结不排水三轴压缩试验（consolidated undrained compression test）；； ；DD：干装落砂法（dry deposition，，，， ，，DD）；； ；MT：湿装夯实法（moist tamping，，，， ，，MT）
表3 高饱和度含气砂不排水三轴试验汇总表
注：CUCG 为固结不排水三轴压缩试验（consolidated undrained
compression test of gassysand）
图3 临界状态线
表4 Toyoura 砂模子参数
图4 饱和砂排水三轴试验效果与模拟效果比照（p0=200 kPa）
图5 饱和砂不排水三轴试验与模拟效果比照（p0=500 kPa）
图6 饱和砂不排水三轴试验与模拟效果比照（p0=1000 kPa）
图7 含气砂不排水三轴压缩试验效果（p0=200 kPa）
图8 含气砂不排水三轴压缩模拟效果（p0=200 kPa）
图9 含气砂不排水三轴压缩试验效果（p0=300 kPa）
图10 含气砂不排水三轴压缩曲线模拟效果（p0=300 kPa）
结 论
本研究通过对配备HKUST 体变量测的三轴试验系统举行扩展，，，， ，，实现了高饱和度含气砂试样的制备和三轴试验研究。。；； ；诤寥嵯低常，，， ，，本文开展饱和砂排水三轴试验、饱和砂不排水三轴试验和含气砂不排水三轴试验，，，， ，，重点讨论了游离气体对砂土不排水力学响应的影响，，，， ，，探讨了二阶功和行列式准则判别含气松砂静态液化失稳的效果，，，， ，，获得以下4 点结论。。。
（1）游离气体的保存不影响含气砂p-q 空间和e-p 空间的临界状态线位置。。。
（2）含气砂中游离气体可以显著提高触发静态液化所需的土体剪切强度和轴向变形，，，， ，，提升其对抗静态液化的能力。。。
（3）二阶功准则隐含了目今的加载路径。。。关于三轴应力路径，，，， ，，二阶功准则可以准确展望含气砂的静态液化触发。。。
（4）行列式准则是二阶功准则的须要条件，，，， ，，判断了目今状态下是否保存一条使土体损失稳固性的应变路径。。。关于含气松砂，，，， ，，该准则判断的失稳点常先于现实的静态液化触发点泛起。。。
GDS非饱和土三轴试验系统
GDS非饱和土三轴试验系统（UNSAT）是对古板三轴试验的延伸，，，， ，，可以在靠近现实地应力状态和饱和度条件下对地下水位以上的土体举行测试。。。所有GDS三轴测试系统（以及其他制造商的三轴装备*）都可以举行刷新，，，， ，，以举行非饱和土三轴测试。。。GDS可以提供4种要领来举行非饱土测试。。。
非饱和测试也可以运用到以下试验类型中：剪切、空心扭剪、共振柱和真三轴试验。。。
GDS非饱和土三轴仪
非饱和土体变丈量要领:
? 要领A：通过GDS孔隙气压/体积控制器直接丈量孔隙气体积和孔隙水的体积转变。。。
? 要领B：HKUST内压力室 — 用差压传感器丈量内压力室中水的水位转变进而获得试样的总体积转变。。。
? 要领C：双压力室 — 试样的体变通过GDS压力体积控制器丈量流进或流出内压力室的水体积来完成。。。由于外压力室加压，，，， ，，内压力室壁可视为是无限刚度的。。。
? 要领D：使用装置于试样上的局部应变传感器直接丈量而获得试样的总体变。。。
要领A: | 丈量区分率 丈量精度 | 压力 = 0.2kPa, 体积 = 1mm3 压力 = <0.1% FRO，，，， ，，体积 = 0.25% |
要领B: | 体积转变丈量区分率 体积转变丈量精度 | <10mm3 关于直径为38mm、高76mm的试样，，，， ，，精度约为32mm3 或试样体积应变的0.04% |
要领C: | 压力室体积丈量区分率 压力室体积丈量精度 | 1mm3 0.25% |
要领D: | 位移丈量精度 | <0.1μm 霍尔效应传感器 = 0.8% FRO, LVDT = 0.1% FRO |
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