浙江省软弱土地基与海涂围垦工程技术重点实验室成立于2006 年。实验室主要研究四个重点领 域：在厚软土地基上的高速交通、堤防和地下工程建设，以及沿海工业区土地复垦开发建设。

该实验室拥有2000多平方米的研究空间，研究设备总造价超过3000多万元。研究成果已应用于温州永强跑道、温州城市高速公路建设及温州沿海工业区地下空 间开发项目。

本文为2016年浙江省软弱土地基与海涂围垦工程技术重点实验室，温州大学土木工程系岩土工程课题组伍婷玉博士利用GDS空心圆柱扭剪试验系统的完成的试验案例。

问题

海相软粘土广泛分布于东南地区，具有较弱的工程性能。浙江省作为中国经济最发达的地区，拥有庞大的交通基础设施，包括高速公路、公路、铁路、机场跑道等，这些交通基础设施都是在海相粘土上建设的。随着交通荷载长期作用下，现有基础设施容易产生超沉降。 为了揭示交通荷载对海相粘土的影响， 并预测未来的沉降，开展了相应地研究。

交通荷载不仅是一个长期的循环荷载， 而且在每个循环过程中应力路径的形状都是独特的。随着车轮的靠近和离开， 土体的应力分量在大小和方向上都发生 了变化（见图1.1）。

图1 交通荷载作用下软土地基土单元的应力分量

此外，在每个循环过程中，最大主应力角σ都是旋转的。当在2τzθ(σz - σθ)空间中绘制时，应力路径形成如图 1.4 所示的形状。

根据前人的有限元分析，剪应力与轴向应力的比值并非保持不变，而是随着深度的增加而减小，从而导致应力路径形状的改变。

为了模拟交通荷载的应力路径，需要对每个应力分量进行精确控制（如图 1.2 所 示）。这就需要进一步根据载荷的形状重 新定义波形。

解决方案

动态空心圆柱装置（HCA）是该研究项目的首选系统。HCA能够在整个测试过程中独立地施加轴向力、扭矩、内外压力。因此，它被广泛应用于研究土体在主应力轴循环转动时的变形特性。

GDS仪器为温州大学提供了一个定制的HCA，以满足他们的要求规格。能独立施加轴向力 W，扭矩 MT，内部压力 pi 和外部压力 po  ，从而控制土体（轴向应力σz、径向应力σr、切向σθ、剪应力τzθ）的应力状态。由于3个主应力的 大小和大主应力轴的角度α可以控制，因此可以进行主应力轴旋转的试验。

以两次试验结果为例，图2展示了试验过程中实际应力路径与期望应力路径相关性的对比。这证实了GDS中空心圆柱装置（HCA）可以准确模拟进行研究所需的交通加载应力 路径。

图2

图3显示了每次测试不同形状的应力路径。应力路径的不同形状表明扭转剪应力与竖向循环应力的比值不同。

图3

结果

试验结果表明，扭转剪切应力对软黏土试样应变发展的影响。如图4所示，所有试验结果均表现出相似的轴向应变发展过程。但η值影响轴向应变发展水平。η值越高，试样的永久应变越大。

图4

结论与证明

这一系列HCA循环试验表明，剪切应力水平对应变和孔隙压力的发展有显著影响，从而加速了海相粘土的破坏。然而，目前的规范只考虑轴向应力，因此高估了地基土。需要进一步的研究来完善现有的理论和预测模型。

在整个过程中，GDS公司及欧美大地公司提供了大量的帮助和支持。我们期待着在未来的项目上与他们合作。

伍婷玉博士 温州大学土木工程学院 岩土工程课题组

参考文献

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