關(guān)鍵字：土力學、應力路徑、soil mechanics、stress path、bishop Wesley、GDS

一、應力路徑概述

應力路徑是描述土體在外力作用下應力變化情況或過程的一種方法。

對于同一種土，當采用不同的試驗手段和不同的加荷方法使之剪切破壞時，其應力變化的過程是不同的，相應的土的變形與強度特性也將出現(xiàn)很大的差異。

通過土的應力路徑可以模擬土體實際的應力歷史，對全面研究應力變化過程對土的力學性質(zhì)的影響，進而在土體的變形和強度分析中反映土的應力歷史條件等具有十分重要的意義。

二、試驗類型

? 各向等壓（靜水壓縮）（HC，Hydrostatic compression）試驗

? 常規(guī)三軸壓縮（CTC：Conventional triaxial compression）試驗

? 常規(guī)三軸伸長（CTE：Conventional Triaxial Extension）試驗

? 平均主應力p 為常數(shù)的三軸壓縮（TC：Triaxial compression）試驗

? 三軸伸長（TE：Triaxial extension）試驗

? 減壓的三軸壓縮（RTC：Reduced triaxial compression）試驗

? 減載的三軸伸長（RTE：Reduced triaxial extension）試驗

? 等比加載（PL：Proportional loading ）試驗

1.各向等壓（靜水壓縮）（HC，Hydrostatic compression）試驗

在這種試驗中，在三軸壓力室中用靜水壓力通過橡皮膜向試樣施加室壓。這時試樣應力狀態(tài)為σ1 =σ2 =σ3 =σc 。不斷增加室壓，同時量測試樣的體積變化。

這種試驗中隨著圍壓的增加，同樣應力增量引起的體應變增量越來越小，這是由于土逐漸被壓密的結(jié)果，常被稱為土的壓硬性。

在卸載時試樣發(fā)生回彈，再加載的曲線并不完全與卸載曲線重合，產(chǎn)生滯回圈。

2.常規(guī)三軸壓縮（CTC：Conventional triaxial compression）試驗

有時也簡稱為三軸試驗。在這種試驗中，一般試樣是首先等向固結(jié)（HC）到一定圍壓σc ，然后保持不變，增加軸向應力直至破壞。

3.常規(guī)三軸伸長（CTE：Conventional Triaxial Extension）試驗

在這種試驗中，試樣一般首先被等向固結(jié)，然后在保持軸向應力不變的情況下，逐漸增加室壓使 σ1 =σ2 =σc , σ3 =σa ,試樣被擠長，所以有時也被稱為“擠長試驗”。

這種試驗中，軸向加載活塞與試樣帽之間要有一定連接。盡管試樣帽上部施加的是拉力，但試樣帽下部受壓，實際上σa 仍然是正值。

4.平均主應力p為常數(shù)的三軸壓縮（TC：Triaxial compression）和三軸伸長（TE：Triaxial extension）試驗

保持平均主應力p=常數(shù)，所以在TC 試驗中軸向為大主應力σ1 =σa ,在σa  增加同時，圍壓σc 減少：Δσc = ?Δσa/ 2，從而使 p 保持不變。然后試樣被壓縮而破壞。

在TE試驗中，軸向應力3σ =σa 為小主應力，在減小軸向應力的同時，增加室壓cσ ，使Δσa = ?2Δσc ，使P保持不變。試樣被擠長，然后伸長破壞。

5.減壓三軸壓縮（RTC：Reduced triaxial compression）試驗

試樣一般首先在一定應力狀態(tài)下固結(jié)，試驗中軸向應力為大主應力 σ1 =σa ，并保持不變，圍壓cσ逐漸減小，即Δσ2= Δσ3= Δσc<0。

試樣由于圍壓減小而被軸向壓縮，對于粘土，當初始c σ足夠大時，試樣可被壓縮破壞。對于砂土則與初始圍壓大小無關(guān)，都會發(fā)生減壓壓縮破壞。

6.減載的三軸伸長（RTE：Reduced triaxial extension）試驗

試樣首先在σc下等向壓縮固結(jié)，然后保持室壓σc 不變，軸向σa減小，即Δσ3 =Δσa<0 ，Δσ1=Δσ2 =Δσc=0 ，試樣被軸向伸長，可達到破壞。由于室壓不變，試樣伸長，所以這種試驗也被稱為三軸伸長試驗。

試樣中實際上存在拉應力，可引起拉伸破壞。

7.等比加載（PL：Proportional loading ）試驗

用三軸試驗可進行等比加載壓縮試驗。一般情況是：σa /σc  = Δσa/ Δσc =k ，其中 k 一般為不小于1.0 的常數(shù)。等比加載試驗中普遍的是靜水壓縮試驗（HC，k=1.0）和 ka 固結(jié)試驗（ k = 1/ k0 ）。

在這類試驗中，試樣總是加載壓縮（Δεv> 0 ）和卸載回彈（Δεv< 0 ）的。

三、應力路徑應用

應力路徑法是一種靈活的工具，能反應各種載重方式，各種排水條件，荷重的各種階段（包括歷史的）以及土體中不同平面的應力狀態(tài)，所以能被廣泛使用：

1. 探索透析土的某些基本力學性質(zhì)

2. 應用于需要應力、應變和強度聯(lián)合研究的場合

3. 室內(nèi)模擬土的原位應力變化，進行實驗，測定某些需要的指標，供工程計算使用

在工程上具體應用的實例：

挖基坑過程

隨著開挖深度的增加，基坑壁橫向壓力減小，豎向不變

建筑過程地基受力

隨著建筑高度增加，地基受力不斷增加

循環(huán)應力

海浪拍打堤壩

四、應力路徑試驗系統(tǒng)

更簡單的應力路徑試驗系統(tǒng)

Bishop Wesley試驗系統(tǒng)：? 應力控制   ? 模擬各種應力路徑過程   ? 小型化   ? 軟件全自動控制

軟件

應力路徑

?p VS q 曲線

體系

應力路徑

? p q Cambridge

? s t MIT

德國wille應力路徑三軸儀是一套高質(zhì)量的全自動應力路徑三軸試驗系統(tǒng)，由一個控制試件應力的Bishop&Wesley三軸室，三個體積壓力控制器（VPC），一個測量軸向荷載的內(nèi)置水下荷載傳感器，一個測量孔隙水壓力的壓力傳感器，一個測量垂直位移的線性位移傳感器構(gòu)成。應力路徑三軸儀集成了軟件和鍵盤的體積壓力控制器，設(shè)備的操作非常人性化?？筛鼡Q的、預校準過的傳感器，可確保寬泛的測量范圍同時具有很高精度。所有測試都在PC控制下運行，如應力路徑、K0、慢循環(huán)加載等。

應力路徑三軸儀系統(tǒng)需要3個高質(zhì)量體積壓力控制器，用于軸向負載（底部壓力室）、圍壓和反壓。圍壓和反壓可替換為雙通道 APC（氣動控制器），如需要還可升級為3通道進行非飽和測試。應力路徑三軸儀配備了先進的GEOsys軟件，用戶可以完全自動運行所有測試階段，在測試過程中不需要操作員的干預，應力路徑三軸儀設(shè)備符合或超過所有國際標準的要求，包括 ASTM、BS、EN、DIN 等本文件列出的部分。

試驗方法(部分試驗需要額外訂購組件）：應力路徑、固結(jié)試驗、飽和度B值測試、UU, CD , CU 三軸、K0試驗、多級加載試驗、滲透試驗、孔隙水體積變化試驗

產(chǎn)品特點

? 可放置于桌面的系統(tǒng)

? 試件安裝和處理簡單

? 試件尺寸可達100mm

? 圍壓可達 2MPa/10MPa/20Mpa

? 軸向載荷可從7kN到50kN

? 微處理器控制的高精度加載

? 通過帶有控制軟件的 PC 直接操作設(shè)備（可提供通信協(xié)議）

? 通過軟件使用外部或內(nèi)部位移傳感器進行位移閉環(huán)控制

? 用于將數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)?PC 的以太網(wǎng)端口

? 兼容LABVIEW?

? 用于測量和閉環(huán)控制軸向載荷的水下荷載傳感器，摩擦影響非常小

? 實時數(shù)據(jù)和圖形顯示

? 根據(jù)選定的終止條件全自動調(diào)整加載階段

? 使用準確位移傳感器進行沉降控制

? 通過PC控制全自動測試程序并進行監(jiān)控，能夠12套裝置同時獨立

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