【摘要】：海洋工程的地基面臨著由于波浪荷載反復作用引起破壞的危險,有必要對波浪荷載下地基土體的力學特性進行相關研究。本文對上海交通大學既有扭剪儀進行改造,使其具備了包括軸力、扭矩和內(nèi)外圍壓的四向獨立自動控制能力。然后對主軸固定單調(diào)剪切試驗和應力主軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)試驗所需要的公式進行了推導。接著通過開展應力主軸固定單調(diào)剪切試驗討論大主應力角對土體應力應變關系、孔壓積累以及非共軸特性的影響。最后通過不排水條件和排水條件下應力主軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)試驗研究土體的非共軸特性,得到結(jié)論如下:(1)針對原有儀器僅有扭矩或軸力可以實現(xiàn)動態(tài)控制的限制,通過自主研發(fā),構(gòu)建了SJTU-HCA的軟硬件框架,使之具備了軸力、扭矩和內(nèi)外圍壓四向獨立自動控制能力。增加的氣壓自動反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用氣態(tài)控制,具有利于應力控制模式等優(yōu)點。最后通過試驗驗證了改造后的儀器具備復雜應力路徑下的加載能力,所提出的軟硬件框架可為今后拓展儀器實現(xiàn)其他應力路徑提供基礎。(2)通過開展應力主軸固定單調(diào)剪切不排水試驗,發(fā)現(xiàn)定軸剪切方向影響砂土的剪脹性,且影響孔壓積累的峰值和拐點。砂土在裝樣過程存在原生各向異性,這導致剪切過程中的定軸剪切方向影響砂土的強度,大主應力角為60°時砂土強度小于大主應力角為30°。在主軸固定單調(diào)剪切不排水試驗中,土體存在應變增量和應力主軸非共軸的現(xiàn)象,大主應力角為30°時,應變增量方向偏向大主應力角為45°的方向,同時大主應力角為60°時,隨著偏應力q的逐漸增大,非共軸性減弱,應變增量和應力主軸方向趨于相同。(3)通過開展應力主軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)不排水試驗,發(fā)現(xiàn)偏應力、相對密實度和旋轉(zhuǎn)起點影響砂土的力學特性。通過分象限對應力主軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)不排水試驗的孔壓積累情況進行分析,對比應力主軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)第一圈時的孔壓積累情況,發(fā)現(xiàn)在Ⅱ和Ⅲ象限孔壓積累多,而Ⅰ和Ⅳ象限孔壓積累相對較少,這同樣與試樣的原生各向異性有關。在應力主軸旋轉(zhuǎn)過程中,應變增量和應力主軸之間存在明顯的非共軸性,且在大主應力角為45°～90°范圍內(nèi)產(chǎn)生的應變增量較大。(4)通過初步探索應力主軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)排水試驗,發(fā)現(xiàn)應力應變關系呈現(xiàn)出“滯回圈”的形狀,之后隨著應力主軸旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加,滯回圈的面積將縮小,應變趨于穩(wěn)定。應變增量和應力主軸之間存在明顯的非共軸性,隨著應力主軸旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加,應變增量逐漸減小,應變增量方向趨于應力增量方向。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P75

【參考文獻】

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本文編號：2628043