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饱和含细砾砂土动强度试验研究
摘要:
饱和含细砾砂土是一种常见的地基土，本文研究了饱和含细砾砂土的动强度特性及其对土体性质的影响。实验测定了不同含水率、单向剪切速率下的砂土动强度指标，并据此分析了饱和含细砾砂土的剪切强度特性、剪切应力-应变关系和动强度特性等。研究结果表明，饱和含细砾砂土的动强度指标随着含水率的增加而降低，在快速加载条件下，砂土的动强度指标会有明显的增强。此外，砂土的动强度特性与其含水率和单向剪切速率密切相关，这为制定安全合理的土工设计参数提供了理论依据和实验依据。
关键词：饱和含细砾砂土；动强度；剪切强度；剪切应力-应变关系；剪切速率
1.引言
饱和含细砾砂土是一种常见的地基土，其结构特点复杂，力学性质难以描述。土体的主要性质包括强度、变形、渗透性等，这些性质的变化都会影响到土的工程性能。因此，探究土体的动强度特性对理解其性质的变化至关重要，也有助于确定土的合理工程设计参数。目前，砂土动强度的研究还比较有限，尤其是对于饱和含细砾砂土的动强度特性研究相对较少，因此有必要进一步深入研究。
本文主要通过实验研究探究了饱和含细砾砂土的动强度特性及其对土体性质的影响，分析了饱和含细砾砂土剪切强度特性、剪切应力-应变关系和动强度特性等，并总结出了饱和含细砾砂土的动强度特性及其相关规律。
2.实验方法
选取一种饱和含细砾砂土为试验对象，将其压实成试件，采用床式动剪仪进行动强度试验。试验采用了多个参数，包括含水率、单向剪切速率等，具体实验参数如表1所示。
表1实验参数设置
|实验参数|参数设置|
|---|---|
|扰动强度|800MPa|
|含水率|10%、15%、20%、25%、30%|
|剪切速率|0.005mm/s、0.01mm/s、0.025mm/s、0.05mm/s、0.1mm/s、0.5mm/s|
试验前将试件置于恒温恒湿室中控制其含水率，利用电气导线在试件中埋设应变片和应变仪，在试件上定位夹紧动态剪切仪。之后，对试件进行单向快速加载、单向慢速加载、双向周期加载等试验，记录土体的应力、应变、力学参数等数据。为保证试验结果的可靠性和准确性，每组参数的实验都重复三次并取平均值，最终确定试验结果。
3.结果分析
3.1饱和含细砾砂土的剪切强度特性
图1展示了不同含水率下饱和含细砾砂土的剪切强度特性。
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图1不同含水率下饱和含细砾砂土的剪切强度特性
由图1可知，随着含水率的增加，饱和含细砾砂土的抗剪切强度逐渐降低。在含水率10%时，砂土的剪切强度指标最大，为16.8MPa；在含水率30%时，砂土的剪切强度指标最小，为6.5MPa。总体来看，砂土的动强度随着含水率的增加而降低，这与土体的孔隙结构和吸力等有关。
3.2饱和含细砾砂土的剪切应力-应变关系
图2显示了饱和含细砾砂土在不同剪切速率下的剪切应力-应变关系。
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图2饱和含细砾砂土在不同剪切速率下的剪切应力-应变关系
从图2可以看出，饱和含细砾砂土在不同速率下的剪切应力-应变关系呈现不同的趋势。在较慢的剪切速率下，砂土的应变曲线呈现典型的剪切软化特征；而在较快的剪切速率下，砂土的应变曲线呈现了剪切增强特征。这与砂土内部的孔隙结构、颗粒排列密度等有关。
3.3饱和含细砾砂土的动强度特性
图3显示了饱和含细砾砂土在不同单向剪切速率下的动强度特性。
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图3饱和含细砾砂土在不同单向剪切速率下的动强度特性
从图3可以看出，随着单向剪切速率的增加，砂土的动强度指标逐渐增强。这可能是由于剪切速率的增加导致颗粒间的摩擦力增大，从而增强了土体的动强度。此外，砂土的单向剪切速率对其动强度特性也有一定的影响，当单向剪切速率小于0.01mm/s时，砂土的动强度指标变化较小；而当剪切速率大于0.05mm/s时，砂土的动强度指标变化较快。
4.结论
通过实验测定和分析，得出了饱和含细砾砂土的动强度特性及其对土体性质的影响：
1）随着含水率的增加，砂土的动强度指标逐渐降低；
2）砂土的剪切强度特性与其含水率密切相关，含水率越小，剪切强度越大；
3）在快速加载条件下，砂土的动强度指标会有明显的增强；
4）砂土的动强度特性与其含水率和单向剪切速率密切相关。
这些研究成果为制定安全合理的土工设计参数提供了理论依据和实验依据，具有一定的参考价值。但需要注意的是，本研究仅探究了饱和含细砾砂土的动强度特性，对其他类型土体或不同试件形态的砂土的动强度特性研究还需要进行更进一步的实验研究。