土力学丨应力路径试验与应用

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关键字：土力学、应力路径、soil mechanics、stress path、bishop Wesley

一、应力路径概述型

应力路径是描述土体在外力作用下应力变化情况或过程的一种方法。

对于同一种土，当采用不同的试验手段和不同的加荷方法使之剪切破坏时，其应力变化的过程是不同的，相应的土的变形与强度特性也将出现很大的差异。

通过土的应力路径可以模拟土体实际的应力历史，对详细研究应力变化过程对土的力学性质的影响，进而在土体的变形和强度分析中反映土的应力历史条件等具有十分重要的意义。

（A convenient way to represent test results, and their correspondence with the stresses in the field, is to use a stress path. In this technique the stresses in a point are represented by two (perhaps three) characteristic parameters, and they are plotted in a diagram. This diagram is called a stress path.）

二、实验类型

• 各向等压（静水压缩）（HC，Hydrostatic compression）试验
• 常规三轴压缩（CTC：Conventional triaxial compression）试验
• 常规三轴伸长（CTE：Conventional Triaxial Extension）试验
• 平均主应力p为常数的三轴压缩（TC：Triaxial compression）试验
• 三轴伸长（TE：Triaxial extension）试验
• 减压的三轴压缩（RTC：Reduced triaxial compression）试验
• 减载的三轴伸长（RTE：Reduced triaxial extension）试验
• 等比加载（PL：Proportional loading ）试验

1.各向等压（静水压缩）（HC，Hydrostatic compression）试验

在这种试验中，在三轴压力室中用静水压力通过橡皮膜向试样施加室压。这时试样应力状态为σ1 =σ2 =σ3 =σc 。不断增加室压，同时量测试样的体积变化。

这种试验中随着围压的增加，同样应力增量引起的体应变增量越来越小，这是由于土逐渐被压密的结果，常被称为土的压硬性。

在卸载时试样发生回弹，再加载的曲线并不完全与卸载曲线重合，产生滞回圈。

2.常规三轴压缩（CTC：Conventional triaxial compression）试验

有时也简称为三轴试验。在这种试验中，一般试样是首先等向固结（HC）到一定围压σc ，然后保持不变，增加轴向应力直至破坏。

3.常规三轴伸长（CTE：Conventional Triaxial Extension）试验

在这种试验中，试样一般首先被等向固结，然后在保持轴向应力不变的情况下，逐渐增加室压使 σ1 =σ2 =σ c , σ3 =σa ,试样被挤长，所以有时也被称为“挤长试验”。
这种试验中，轴向加载活塞与试样帽之间要有一定连接。尽管试样帽上部施加的是拉力，但试样帽下部受压，实际上σa 仍然是正值。

4.平均主应力p为常数的三轴压缩（TC：Triaxial compression）和三轴伸长（TE：Triaxial extension）试验

保持平均主应力p=常数，所以在TC 试验中轴向为大主应力σ1 =σa ,在σa 增加同时，围压σc 减少：Δσc = −Δσa/ 2，从而使 p 保持不变。然后试样被压缩而破坏。

在TE试验中，轴向应力3σ =σa 为小主应力，在减小轴向应力的同时，增加室压cσ ，使Δσa = −2Δσc ，使P保持不变。试样被挤长，然后伸长破坏。

5.减压三轴压缩（RTC：Reduced triaxial compression）试验