摘要 摘要 目前，剪切帶的研究已經(jīng)成為巖土工程界的熱點(diǎn)課題之一，土體剪切帶的 形成與土體的逐漸破損理論是當(dāng)今國(guó)際力學(xué)界和巖土工程界十分關(guān)注的焦點(diǎn)。 近年來，我國(guó)巖土工程界逐漸重視對(duì)剪切帶問題的研究，在實(shí)際工程中因?yàn)橥?體局部化變形導(dǎo)致破壞的情況，在深基坑、高路堤、隧道、土石壩等工程實(shí)踐 中經(jīng)常遇到。國(guó)內(nèi)外關(guān)于剪切帶的研究大多集中在對(duì)砂土的研究，關(guān)于砂性土 剪切帶的試驗(yàn)研究在國(guó)際上已有大量文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)粘性土剪切帶的研究卻較少。 考慮初始缺陷的土體剪切帶研究更是非常少，只有v a r d o u l a k i si 和g r a fb 做過 一些砂土方面的研究，而對(duì)粘性土進(jìn)行考慮初始缺陷的剪切帶研究未曾見報(bào)導(dǎo)， 為了深入研究剪切帶在初始缺陷下的形成及土體的破壞機(jī)理，本文將以上海第 五層灰色粘土為研究對(duì)象，進(jìn)行常規(guī)平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)以及考慮初始缺陷的平面應(yīng) 變?cè)囼?yàn)，得出各種初始缺陷角度對(duì)剪切帶形成及土體破壞機(jī)理的影響，并把各 種參數(shù)與初始缺陷角度關(guān)聯(lián)起來，得出一些計(jì)算公式。為了進(jìn)一步深入對(duì)考慮 初始缺陷的剪切帶形成及破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)，本文還運(yùn)用有限元軟件a n s y s 分別 對(duì)不考慮初始缺陷和考慮初始缺陷的邊坡工程進(jìn)行了模擬計(jì)算，進(jìn)一步研究初 始缺陷的影響。由于時(shí)間關(guān)系，本文所作的工作只是一小步，今后還有大量的 工作有待開展。 關(guān)鍵詞：初始缺陷，平面應(yīng)變，剪切帶，初始損傷，變形局部化，數(shù)值模擬，邊 坡工程 a b s t r a c t ab s t r a c t a tp r e s e n t ，t h es t u d yo fs h e a rb a n dh a sb e c o m eo n eo ft h eh o tt o p i c sa m o n g g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g t h ef o r m a t i o no fs h e a rb a n da n dt h es o i lg r a d u a l l yd a m a g e t h e o r yi st h ef o c u so fa t t e n t i o no fi n t e r n a t i o n a lm e c h a n i c s a c a d e m i c sa n dg e o t e c h n i c a l e n g i n e e r i n g i nr e c e n ty e a r s ，c h i n aa t t a c h e sg r e a ti m p o r t a n c eg r a d u a l l yt ot h e g e o t e c h n i c a ls h e a rb a n ds t u d y i np r a c t i c e ，i th a sl e a dt oab r e a c ho fd a m a g eb e c a u s e o ft h el o c a l i z a t i o nd e f o r m a t i o n i ne n g i n e e r i n gp r a c t i c eo fd e e pf o u n d a t i o np i t s ，h i g h e m b a n k m e n t s ，t u n n e l sa n ds oo no c c u r r e do c c a s i o n a l l y m o s tr e s e a r c ho nt h es h e a r b a n df o c u s e do nt h er e s e a r c ho fs a n da th o m ea n da b r o a d s h e a rb a n do fs a n d e x p e r i m e n t a ls t u d yh a sr e p o r t e dal o ti nt h ei n t e r n a t i o n a lc o m m u n i t y , t h es t u d yo f s h e a rb a n do nc l a yi sr e l a t i v e l yl e s s t h es t u d yo ft h ec o n s i d e r a t i o no fi n i t i a l i m p e r f e c t i o n si sm u c hl e s s ，o n l yv a r d o u l a k i sia n dg r a fbh a dd i ds o m er e s e a r c h a b o u ts a n d ，a n dn o o n eh a sd i ds t u d yo nc l a y f o ra ni n - d e p t hs t u d yo nt h ef o r m a t i o n o fs h e a rb a n du n d e rt h ei n i t i a li m p e r f e c t i o n sa n dt h ef a i l u r em e c h a n i s mo ft h es o i l ，i n t h i sp a p e r , t h ef i f t hl a y e ro fg r a yc l a yo fs h a n g h a iw i l lb et h es t u d yo b j e c t c o n v e n t i o n a lp l a n es t r a i nt e s ta n dt h ep l a n es t r a i nt e s to ft h ec o n s i d e r a t i o ni n i t i a l 。 i m p e r f e c t i o n sw i l lb ed o n e g e tt h ei m p a c t so fa l lk i n d so fi n i t i a la r t i f i c i a la n g l e st o t h ef o r m a t i o no ft h es h e a rb a n da n dt h ef a i l u r em e c h a n i s mo ft h es o i l a s s o c i a t e da l l p a r a m e t e r sw i t ht h ei n i t i a la r t i f i c i a lj o i n t sa n dg e ts o m ef o r m u l a s i no r d e rt of u r t h e r t h eu n d e r s t a n d i n go ft h ef o r m a t i o no ft h es h e a rb a n d c o n s i d e r i n g t h ei n i t i a l i m p e r f e c t i o n sa n dt h em e c h a n i s mo fd e s t r u c t i o n ，iu s ef i n i t e e l e m e n ts o f t w a r e a n s y ss i m u l a t et h es l o p ee n g i n e e r i n gc o n s i d e r i n gt h ei n i t i a li m p e r f e c t i o n sa n d p e r f e c ts o i ls a m p l e s f u r t h e rt h es t u d yo f t h ei m p a c to ft h ei n i t i a li m p e r f e c t i o n s m o r e w o r k ss h o u l db ec a r r i e do nf o rt h ef u t u r er e s e a r c h k e y w o r d s ：i n i t i a li m p e r f e c t i o n ，p l a i ns 仃a i n , s h e a rb a n d ，i n i t i a ld a m a g e ，l o c a l i z e d d e f o r m a t i o n , n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，s l o p ee n g i n e e r i n g i l 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版 本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、 掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供 本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有 關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前 提下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng)。 學(xué)位論文作者簽名： 三月磣 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行 研究工作所取得的成果。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文 的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、己公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的 作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集 體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任 由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 砰j 月哆日 j 第1 章緒論 1 1 引言 1 1 1 剪切帶現(xiàn)象及其危害性 第1 章緒論 土的剪切帶研究是國(guó)際上巖土工程界甚為關(guān)注的課題，從1 9 8 8 年至1 9 9 7 年的十年間，已分別在德國(guó)、波蘭、法國(guó)、日本開過四次“巖土局部化變形和 分叉理論研討會(huì)”。在實(shí)際工程中，如基坑、路堤、隧道、邊坡，土石壩工程的 滑動(dòng)破壞，山體運(yùn)動(dòng)的皺褶斷層等，以及在室內(nèi)試驗(yàn)土樣的剪切破壞中，經(jīng)常 發(fā)現(xiàn)局部化剪切帶形成的現(xiàn)象。這種局部化變形一旦發(fā)生，變形將會(huì)相對(duì)集中 在局部化變形的區(qū)域，而區(qū)域外的變形相當(dāng)于卸載后的剛體運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橥馏w剪 切帶的形成同土的抗剪強(qiáng)度密切相關(guān)，直接影響著土的極限承載力及其變形特 性，研究表明：在剪切破壞面上的強(qiáng)度是逐漸發(fā)揮的，即在剪切帶上土的強(qiáng)度 不是同時(shí)發(fā)揮到最大值，土的逐漸性的強(qiáng)度特性是剪切帶強(qiáng)度發(fā)揮的反映。土 體剪切帶的形成與土體的逐漸破損理論【1 - 2 1 是當(dāng)今國(guó)際力學(xué)界和巖土工程界十分 關(guān)注的焦點(diǎn)。 近年來，我國(guó)巖土工程界逐漸重視對(duì)剪切帶問題的研究，關(guān)于剪切帶的定 義目前尚沒有統(tǒng)一，大多是關(guān)于現(xiàn)象描述。李國(guó)琛等 3 - - 5 認(rèn)為，“就承受塑性大變 形的材料而言，原先平滑分布的變形模式被一種急劇不連續(xù)的位移梯度所取代， 其特征是大量的剪切變形集中在相對(duì)狹窄的帶狀區(qū)域內(nèi)，邊界相對(duì)而言近乎平 行，一般講這種集中剪切的變形區(qū)域稱為剪切帶 。王自強(qiáng)等【6 】認(rèn)為，“剪切帶是 局部化變形模式之一，表現(xiàn)為一個(gè)很狹窄的帶狀區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)變形率場(chǎng) 不同于帶外區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)變形率場(chǎng)是不均勻的，而帶外區(qū)域變形場(chǎng)保持 均勻”。而筆者認(rèn)為：剪切帶是由于土體的抗剪強(qiáng)度不足而引起的應(yīng)變局部化現(xiàn) 象，是由微觀變形發(fā)展到宏觀變形的一個(gè)過程。 在實(shí)際工程中因?yàn)橥馏w局部化變形導(dǎo)致破壞的情況，在深基坑、高路堤、 7 第1 章緒論 隧道和土石壩等工程實(shí)踐中經(jīng)常遇到，如：1 9 9 4 年9 月1 日，上海某基坑靠近 馬路一側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐破壞，地下連續(xù)墻突然向基坑內(nèi)側(cè)倒塌，馬路面下沉面 積5 0 0 m 2 ，下陷最深處達(dá)6 - 、7 m ；埋設(shè)在路面下的管線，包括電力電纜、電車電 纜、煤氣管道、自來水管道、雨水管道均遭到嚴(yán)重破壞，煤氣大量外溢、大面 積停電、停氣、停水、交通被迫中斷【7 1 。2 0 0 0 年7 月2 3 日，在烏魯木齊市某大 廈施工時(shí)，由于基坑失事，導(dǎo)致毗鄰建筑物坍塌，4 人死亡，5 人重傷【刀。2 0 0 1 年8 月2 0 日上海市軌道4 號(hào)線在魯班路基坑施工過程中突然發(fā)生土方滑坡，造 成4 人被埋；2 0 0 4 年1 0 月2 5 日，正在開挖的中環(huán)線3 5 標(biāo)北虹路地道工地發(fā) 生基坑坍塌；2 0 0 5 年5 月1 7 日，在云南曲靖市西山區(qū)面店水庫附近，貴昆鐵路 沾益至昆明段面店3 號(hào)隧道進(jìn)口處突然發(fā)生塌方，1 2 名正在作業(yè)的施工人員來 不及撤離被埋在洞內(nèi)【8 】。這些工程問題的共同特點(diǎn)是變形首先在局部產(chǎn)生，伴隨 著應(yīng)變的發(fā)展剪切帶逐步形成，最后導(dǎo)致破壞。要解決這種工程事故就要研究 土體局部化變形產(chǎn)生的過程和其發(fā)生的本質(zhì)問題，即需要對(duì)剪切帶問題做更深 的研究。 1 1 2 初始缺陷的存在及其危害性 目前，對(duì)剪切帶的研究，無論是對(duì)砂性土的研究還是對(duì)粘性土的研究，采 用的土樣相對(duì)于實(shí)際工程中土體，都可以認(rèn)為是理想土樣，正如巖石和巖體的 區(qū)別，巖體是存在節(jié)理的，而用來做實(shí)驗(yàn)的巖石可以認(rèn)為是各向同性的，用巖 石模擬巖體太過理想。實(shí)際的土體中總是存在一定的缺陷，如夾層，軟弱帶， 孔洞，縫隙等，這些缺陷是影響土體力學(xué)特性的諸要素中一個(gè)非常重要的要素。 在實(shí)際工程中因?yàn)橥馏w初始缺陷即不均勻性的存在而導(dǎo)致破壞的情況時(shí)常 發(fā)生，隨著這些問題的出現(xiàn)，研究者逐漸認(rèn)識(shí)到剪切帶現(xiàn)象的復(fù)雜性，影響因 素的多樣性，迫使我們向更深層次研究，考慮更多的影響因素。下面簡(jiǎn)要介紹 下實(shí)際工程中初始缺陷的存在及危害情況。 1 9 8 6 年，b a r t o n 由巖體的應(yīng)力一變形曲線將巖體分成三種類型：節(jié)理面與 層面平行；節(jié)理面與層面存在一定夾角：節(jié)理面與層面夾角不定。說明實(shí)際巖 體中是存在節(jié)理的，應(yīng)對(duì)其加以考慮。 1 9 9 2 年，劉忠晉對(duì)南嶺隧道坍方破壞原因進(jìn)行了分析研究【9 】，得出結(jié)論： 8 第1 章緒論 圍巖軟弱是控制隧道穩(wěn)定性的基本因素，而坍方地段洞體上半部為粘土夾巖塊， 呈泥包塊松軟狀態(tài)，土體本身及與錨桿、噴層之間的粘結(jié)力和摩擦力都很弱， 嚴(yán)重影響了噴錨桿支護(hù)效果，錨桿的受力狀態(tài)受土體強(qiáng)度制約，錨桿產(chǎn)生滑移， 難以與圍巖形成整體從而喪失了對(duì)圍巖的約束作用。 1 9 9 3 年，吳樹仁、晏同和珍吳光【1o 】從顯微尺度研究黃臘石滑波區(qū)緩傾角斷 裂的微觀、超微觀構(gòu)造特征，進(jìn)而分析構(gòu)造應(yīng)力方向和差異應(yīng)力大小。同時(shí)探 討緩傾角斷裂的變形機(jī)制和成因，討論緩傾角斷裂與滑波發(fā)生演化過程之間的 關(guān)系，為滑坡監(jiān)側(cè)與防治提供地質(zhì)依據(jù)。 19 9 8 年，徐至鈞【1 1 】對(duì)某工業(yè)大樓深基坑工程事故作了分析，認(rèn)為此工程事 故的主要原因是淤泥層的存在，地勘單位沒有對(duì)這層土的強(qiáng)度指標(biāo)做出正確評(píng) 價(jià)，此淤泥層正好就是基坑支護(hù)樁上主動(dòng)土壓力的主要土層。 1 9 9 9 年，騫大鋒、王兵和謝錦昌對(duì)淺埋隧道破裂角及破壞做了模型試驗(yàn)研 究【1 2 1 ，隧道上覆土層中設(shè)置了層厚為8e m 的水平砂層用來模擬實(shí)際工程中的夾 層，提出新的計(jì)算方法并分析了其力學(xué)特性。 2 0 0 1 年，廣州市天河體育村商住樓深基坑支護(hù)工程【1 3 】發(fā)生整體滑移，主要 原因?yàn)椋簴|線軸間3 2 m 以下漸變?yōu)樗缮o膠結(jié)的含水砂層，在側(cè)壓力的 作用下，砂層結(jié)構(gòu)破壞發(fā)生變形，造成工程事故。 2 0 0 2 年，張瓊【1 4 】對(duì)長(zhǎng)江下游沖擊平原上某辦公大樓的基坑工程事故進(jìn)行的 分析，認(rèn)為事故的主要原因是基坑圍護(hù)墻體正好處于淤泥質(zhì)粘土層中，這層土 就是此基坑工程的軟弱帶，這層土的性狀對(duì)基坑圍護(hù)的設(shè)計(jì)影響很大，遺憾的 是所給的地勘報(bào)告中只有持力層附近土層的強(qiáng)度指標(biāo)而單單沒有這層淤泥質(zhì)軟 土層的強(qiáng)度指標(biāo)。因此，應(yīng)高度重視土體中的軟弱帶的影響。 2 0 0 2 年，鐵四院的張志陽【”】對(duì)某廠房地下室基坑支護(hù)工程質(zhì)量事故進(jìn)行了 技術(shù)分析，得出事故原因是：地層中含有軟弱的淤泥層，本工程支護(hù)結(jié)構(gòu)所處 的主要土層為淤泥層，而淤泥的流變性質(zhì)又比一般土復(fù)雜，使支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較 大水平位移產(chǎn)生破壞。 2 0 0 3 年，何暢和向中富以具有初始缺陷的高橋墩為研究對(duì)象，在考慮幾何 非線性和材料非線性的基礎(chǔ)上，利用a n s y s 進(jìn)行非線性穩(wěn)定分析。 9 第1 章緒論 2 0 0 4 年，牛運(yùn)光【1 6 】對(duì)我國(guó)水庫土石壩發(fā)生的滑坡事故進(jìn)行了研究。認(rèn)為土 石壩滑坡即剪切帶是土石壩主要事故原因之一，而土石壩滑坡的原因是多方面 的，往往是多種因素的組合。一般來講，占主導(dǎo)地位的是壩體內(nèi)部原因。 2 0 0 4 年，王耀輝在其碩士論文里提到巖石軟化的原因有兩種：一種是材料 軟弱，如固結(jié)不良的泥巖、頁巖及膠結(jié)疏松的砂巖等；另一種是由于構(gòu)造軟弱 面形成，如節(jié)理、裂縫等【1 7 】。 2 0 0 5 年，孔建華【”】對(duì)某工程基坑支護(hù)坍滑事故進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明， 土釘墻支擋結(jié)構(gòu)邊坡外部深層整體滑移破壞，特別易發(fā)生于軟弱地層中，設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)引起足夠重視。 2 0 0 5 年，周彰松和梁國(guó)志對(duì)山區(qū)邊坡工程及深基坑支護(hù)事故原因進(jìn)行了分 析【1 9 1 ，認(rèn)為在有軟弱夾層的巖石邊坡尤其是軟弱夾層對(duì)邊坡穩(wěn)定性不利的邊坡 重視不夠，就會(huì)釀成工程事故。文中提出某公路巖石邊坡，其中夾層有一層不 厚但較明顯的軟弱夾層，由于地勘部門疏忽，未對(duì)其作任何描述及處理意見， 因而設(shè)計(jì)對(duì)此也未采取任何防護(hù)措施，當(dāng)工程即將完工時(shí)發(fā)生了大面積跨塌事 故。 2 0 0 5 年，賈劍青、王宏圖、李曉紅、胡國(guó)忠、李開學(xué)和龐成對(duì)深埋隧道軟 硬交替復(fù)合頂板巖體變形破壞進(jìn)行了分析研究【2 0 】，計(jì)算得出在軟硬巖交替復(fù)合 頂板巖體關(guān)鍵荷載高度，并得出多層狀軟硬交替復(fù)合頂板巖體不是在垂直應(yīng)力 下破壞。 2 0 0 6 年，蘇永華、姚愛軍和歐陽光前在沉積巖中深部隧道圍巖層狀破壞模 型【2 1 】一文中，建立了沉積層狀結(jié)構(gòu)巖體隧道圍巖破壞模型。采用該模型具體分 析了深部直立沉積層狀巖體中的地下工程圍巖在其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直立高度的情況 下巖體中的層狀破裂問題。并根據(jù)地下結(jié)構(gòu)失穩(wěn)概率分析原理，建立了直立沉積 層狀圍巖穩(wěn)定的極限狀態(tài)方程。 2 0 0 6 年，吳德飛和童根樹對(duì)含初始缺陷鋼結(jié)構(gòu)損傷累積至斷裂進(jìn)行了分析 【2 2 】，認(rèn)為初始缺陷對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的疲勞壽命非常敏感而鋼結(jié)構(gòu)的缺陷敏感性的表現(xiàn) 形式可以是：初始缺陷對(duì)鋼結(jié)構(gòu)臨界應(yīng)力的控制、斷裂韌性的控制和疲勞壽命 的影響1 2 3 - 2 8 ，其中疲勞壽命的影響是處于核心地位。 1 0 第1 章緒論 2 0 0 7 年，向喜瓊、宋建波和雷建海對(duì)貴州巖溶地區(qū)層狀巖質(zhì)基坑破壞模式 及支護(hù)方法【2 9 】進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)，層狀巖質(zhì)基坑巖體的5 種主要變形破壞 模式滑移( 蠕滑) 、剪斷一滑移、蠕滑一拉裂、塑流一彎曲一拉裂、彎曲一拉裂 中，前四種均與力學(xué)性能較差的層面或軟弱夾層有關(guān)，并提出了相應(yīng)的基坑支 護(hù)方法。 2 0 0 7 年，周芳【3 0 】對(duì)淮南市山南洞山隧道工程質(zhì)量事故進(jìn)行了簡(jiǎn)析，研究發(fā) 現(xiàn)隧址區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，成洞能力較差，尤其是南洞口長(zhǎng)達(dá)3 5 0 m 的淺埋段，不 僅溶洞發(fā)育而且溶蝕裂隙較發(fā)育，裂隙內(nèi)均為亞粘土充填；該淺埋段在斷層的 共同作用下，導(dǎo)致巖石裂隙發(fā)育泥質(zhì)充填物過多，風(fēng)化強(qiáng)烈呈碎、裂狀松散結(jié) 構(gòu)；圍巖穩(wěn)定性差，一經(jīng)開挖潛在應(yīng)力釋放，承壓快，圍巖失穩(wěn)而坍塌。 2 0 0 7 年，福州市中心1 幢2 2 層商住樓基坑工程發(fā)生失穩(wěn)事故【3 1 1 ，專家對(duì)基 坑支護(hù)的計(jì)算和分析結(jié)果認(rèn)為，該工程的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)基本合理。在基坑加固 處理過程中，發(fā)現(xiàn)附近小區(qū)經(jīng)過基坑的不明廢棄供水管僅用木塞堵住且漏水， 而基坑施工過程中，未對(duì)其探明和處理是基坑支護(hù)失穩(wěn)的誘因。 2 0 0 7 年，張楠，王述紅，王曉明， 中的力學(xué)行為進(jìn)行較為深入的研究【3 2 1 ， 李飛對(duì)圍巖中含有弱層的隧道破壞過程 研究表明在無斷層情況下主要以水平破 壞為主，這一結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的現(xiàn)象基本吻合；在含斷層的模型試驗(yàn)中，破 壞結(jié)果主要表現(xiàn)為沿?cái)鄬悠茐?，尤其是洞室與斷層交界處，破壞首先沿著交界 處向兩側(cè)擴(kuò)散。 2 0 0 7 年，汪成兵在其博士論文f 3 3 】里提出，隧道漸進(jìn)性破壞的原因之一為： 土體內(nèi)節(jié)理或不連續(xù)的結(jié)構(gòu)面的存在。 2 0 0 7 年，胡江春、王紅芳和祝彥知等利用電化學(xué)方法對(duì)深部巖石隱性裂紋 進(jìn)行了檢n t 3 4 1 ，得出結(jié)論：巖石呈現(xiàn)非連續(xù)、非均勻、各向異性和菲彈性等特 征的根本原因是因?yàn)槠渲写嬖谥鞣N各樣的微觀缺陷。 2 0 0 7 年，王慶樂和呂輝對(duì)柏?fù)P坪滑坡成因機(jī)制進(jìn)行了分析研究【3 5 1 ，認(rèn)為該 滑坡的地層及構(gòu)造因素為：滑坡上部為松散稍密的碎塊石及第四松散堆積物， 下部滑床為較軟弱的泥巖及砂巖，巖體較破碎。說明地層很不均勻，并存在軟 弱帶。 第1 章緒論 2 0 0 8 年，潘傳軍對(duì)基坑支護(hù)工程事故原因及對(duì)策【3 6 】做了研究，認(rèn)為在具有 軟弱土層的工程場(chǎng)地中最易發(fā)生工程事故，應(yīng)引起足夠的重視。 2 0 0 8 年，連云港市新浦城區(qū)東部某1 8 層住宅樓基坑工程發(fā)生邊坡滑移事 故 3 7 1 ，在邊坡在淤泥與有機(jī)質(zhì)粘土界面處形成滑移面，使坡腳淤泥向基坑內(nèi)水 平位移。 2 0 0 8 年，羅戟對(duì)大荒田路塹式巖層滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究并提出整治措 施【3 引，該滑坡在巖層中存在炭質(zhì)頁巖及泥化夾層等軟弱層，巖塊可能在重力作 用下沿軟弱帶及節(jié)理面下滑，使邊坡巖體失穩(wěn)。 2 0 0 8 年，郭芳芳、楊農(nóng)、孟暉、張?jiān)罉蚝腿~寶瑩基于a r c g i s 平臺(tái)，利用 s r t m 3 一d e m 數(shù)據(jù)資料，選擇鄂爾多斯及其周緣為研究區(qū)，計(jì)算并定量分析了 地形起伏度和坡度，并利用區(qū)域滑坡災(zāi)害調(diào)查資料，初步建立了地形起伏度、 坡度與滑坡災(zāi)害之間的相關(guān)性【3 9 】。 2 0 0 8 年，余偉健、高謙、張延凱和翟淑花對(duì)高陡邊坡滑坡的潛在影響因素 進(jìn)行了分析【4 0 1 ，認(rèn)為張剪性節(jié)理、張性節(jié)理和小型壓扭性斷層是邊坡失穩(wěn)的直 接作用之一。 2 0 0 8 年，黃曄分析了四川省廣元至巴中高速公路路基施工中路塹邊坡失穩(wěn) 的原因及發(fā)展趨勢(shì)【4 1 1 。認(rèn)為該邊坡失穩(wěn)的原因?yàn)椋涸撀范蔚貙幽鄮r夾砂巖，在 路基以上4 6 m 1 0 6 m 深度范圍均為風(fēng)化帶，泥巖風(fēng)化后呈粒狀，砂巖呈碎塊 狀，自然形成軟弱結(jié)構(gòu)面，有利于滑坡形成。并且地層節(jié)理發(fā)育，延伸長(zhǎng)、切 割深，與邊坡方向相近，對(duì)滑坡的形成起到一定作用。 2 0 0 8 年，劉兵對(duì)國(guó)電大武口電廠灰場(chǎng)公路滑坡成因進(jìn)行了分析并提出相應(yīng) 對(duì)策1 4 2 1 ，根據(jù)勘察報(bào)告發(fā)現(xiàn)，滑坡區(qū)節(jié)理裂隙極發(fā)育。且節(jié)理裂隙的傾角較陡，傾 向與邊坡坡向大致相近。 2 0 0 8 年，周曉軍對(duì)廣惠高速公路段高邊坡滑坡進(jìn)行了研究【4 3 1 ，并提出整治 措施。經(jīng)勘察發(fā)現(xiàn)該滑坡區(qū)地層巖性及其組合構(gòu)成的路塹高邊坡的地質(zhì)基礎(chǔ)差 異性大，既有一般的土質(zhì)邊坡和風(fēng)化程度不同的砂礫巖，又有遇水易軟化的泥 質(zhì)巖和風(fēng)化程度不同的軟質(zhì)巖層面。該區(qū)巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育、巖石破碎，上 部以半巖半土狀碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖為主，下部以弱微風(fēng)化巖石為主，并在邊 1 2 第1 章緒論 坡中部夾雜有層理發(fā)育的碳灰質(zhì)頁巖石，因含較多碳質(zhì)及巖體多個(gè)風(fēng)化混雜而 成，造成層間摩擦力較小，巖體被多組結(jié)構(gòu)面切割較破碎，且有順坡向的層面， 節(jié)理面發(fā)育。 2 0 0 8 年，黃建寶對(duì)位于省道3 0 9 線杭永公路k 1 2 + 1 2 0 k 1 2 + 2 8 0 處的滑坡 形成機(jī)制和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析【4 鍆，認(rèn)為與地形斜坡傾向一致的軟、硬相間的巖 土組合體是滑坡產(chǎn)生的內(nèi)在因素；而人為開挖斜坡是造成邊坡失穩(wěn)的直接外因。 2 0 0 8 年，劉建平、左勖和曾斌對(duì)湖北某滑坡的形成機(jī)制及穩(wěn)定性進(jìn)行了分 析研究【4 5 1 ，得出該滑坡的形成原因?yàn)椋簬r層傾角較陡，傾角5 0 。7 0 。，為順 向坡；基巖裂隙水賦存于基巖裂隙中，受斷層、節(jié)理、裂隙控制；由于地下水 長(zhǎng)期沿著基巖相對(duì)不透水面的滲透、侵蝕作用，在基巖相對(duì)不透水層與風(fēng)化坡 積層之間形成軟弱帶。 2 0 0 8 年，榻立海對(duì)廣西都南高速公路k 2 2 3 + 4 1 0 + 5 7 0 段滑坡的坡體結(jié)構(gòu) 及變形模式進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn)【4 6 】：深層滑帶并沒有完全沿基巖項(xiàng)面發(fā)育，而是在 基巖頂面的殘積層內(nèi)部產(chǎn)生滑帶，首先這與當(dāng)?shù)貛r石的風(fēng)化產(chǎn)物有關(guān)，泥巖風(fēng) 化而成的黏土是產(chǎn)生滑帶的基礎(chǔ)；其二殘坡積層與洪積層的分界線一般是滑帶 形成的地方；第三淺層滑坡一般是崩坡積層成因的粘砂土層沿下伏的洪積成因 的黏土層形成，其組成物質(zhì)為碎石土、砂粘土和粘砂土為主。 2 0 0 8 年，王群在其碩士論文t 4 7 】里提到滑坡形成的機(jī)制為：滑坡產(chǎn)生于特定 的地質(zhì)條件，是在以重力為主的自然應(yīng)力作用下或在人類工程活動(dòng)影響下發(fā)生 發(fā)展的斜坡變形運(yùn)動(dòng)，是依附于其內(nèi)在軟弱結(jié)構(gòu)面( 帶) 的地表斜坡巖土體， 在一定的地質(zhì)力學(xué)機(jī)制下，失去原有平衡條件而產(chǎn)生以水平位移為主的順層滑 坡現(xiàn)象，當(dāng)斜坡的巖體中含有軟弱夾層時(shí)，斜坡失穩(wěn)與否將主要取決于軟弱層 的強(qiáng)度。 2 0 0 8 年，谷拴成和于遠(yuǎn)祥對(duì)黃土滑坡災(zāi)害形成機(jī)理進(jìn)行了研究 4 8 】，發(fā)現(xiàn)滑 坡形的地質(zhì)因素為：黃土與紅土間往往具有順坡向分布的泥質(zhì)軟弱帶或巖土界 面，這些軟弱帶的埋深，在很大程度上決定了滑坡體的規(guī)模，其形狀直接控制 著滑坡體的穩(wěn)定狀態(tài)，成為導(dǎo)致黃土滑坡的基本控制因素。 2 0 0 8 年，陽良芯和侯群英對(duì)某水庫土壩迎水坡滑坡成因進(jìn)行了分析【4 9 1 ，研 1 3 第1 章緒論 究認(rèn)為：細(xì)粒層由于其力學(xué)指標(biāo)尤其是抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的不足形成薄弱層面是滑 動(dòng)的隱患層面。 2 0 0 8 年，周國(guó)朝和周正建對(duì)路基產(chǎn)生滑坡的原因進(jìn)行了分析【5 0 1 ，認(rèn)為：地 層中含有軟弱面是產(chǎn)生滑坡的原因之一；山坡巖層軟弱交替，且其軟弱面向路 基傾斜，由于風(fēng)化成都不同或地下水侵蝕等關(guān)系，巖層可能順著軟弱面向下滑 動(dòng)。 2 0 0 8 年，王有成和喻自祥對(duì)新河高速公路幾類滑坡的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行的探討 【5 1 1 ，認(rèn)為沿已有軟弱結(jié)構(gòu)帶( 面) 滑動(dòng)的滑坡發(fā)生的機(jī)理為：滑坡的坡體內(nèi)早已 存在著地質(zhì)上的軟弱結(jié)構(gòu)帶( 面) ，比如崩積、坡積、洪積物的下伏基巖面，以及 其內(nèi)部不同時(shí)代和成因、不同成分和結(jié)構(gòu)的堆積面，還有巖層中的軟弱夾層以 及斷層錯(cuò)動(dòng)帶等等。 2 0 0 8 年，成國(guó)文、李善濤、李曉和李守定對(duì)萬州近水平地層區(qū)堆積層滑坡 成因與變形破壞特征進(jìn)行了研究【5 2 1 ，其成因?yàn)椋鸿b于滑坡成因機(jī)制的復(fù)雜性和 認(rèn)識(shí)上的漸進(jìn)性，在萬州近水平地區(qū)滑坡認(rèn)為是基巖滑坡，即滑坡體沿著近水 平軟弱層面發(fā)生滑動(dòng)。 2 0 0 8 年，許文鋒對(duì)廈門滬救碼頭附近海底滑坡特征及機(jī)理進(jìn)行了研究【5 3 】， 認(rèn)為其地層因素為：由上而下為淤泥、砂土、殘積土、風(fēng)化基巖，其中殘積土 和風(fēng)化基巖與淤泥及其下伏薄層砂土強(qiáng)度差異極大，兩者的界面是一個(gè)典型的 軟弱結(jié)構(gòu)面該結(jié)構(gòu)面傾角6 。1 2 。 2 0 0 8 年，劉紅帥、楊俊波、薄景山和劉德東【5 4 】采用有限元一極限平衡法研 究了含軟弱滑動(dòng)帶的巖質(zhì)滑坡滑動(dòng)體、滑動(dòng)帶和滑床的密度、彈性模量和泊松 比及滑動(dòng)帶的抗剪強(qiáng)度對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響，從而尋找影響巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性的 關(guān)鍵因素，文中將軟弱滑動(dòng)帶作為軟弱夾層處理。 2 0 0 8 年，馮雁飛和孫豪杰對(duì)浙江省浦江縣海豹嶺腳$ 2 0 省道滑坡成因進(jìn)行 了分析1 5 5 】，認(rèn)為其形成機(jī)理為：在碎石土內(nèi)部粘性土相對(duì)集中地段，由于水的 軟化作用，易形成軟弱結(jié)構(gòu)面；隨著上部沖溝匯水的不斷滲入補(bǔ)給，軟弱結(jié)構(gòu) 面逐漸貫通，形成貫通連續(xù)的滑移面，引發(fā)該滑坡進(jìn)一步下滑。7 從以上各工程實(shí)例均可以看出，在實(shí)際工程中初始缺陷是存在的，并給實(shí) 1 4 第l 章緒論 際工程帶來了安全隱患，有的已經(jīng)造成工程事故，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人 員傷亡。除以上實(shí)例以外還有：1 9 9 9 年1 月4 日，連接綦江縣城東西城區(qū)的跨 江大橋一彩虹橋整體坍塌；2 0 0 1 年1 1 月7 日，四川宜賓市“亞洲第一拱”南門 大橋，發(fā)生懸索及橋面斷裂事故；2 0 0 4 年5 月2 3 日，巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)2 e 候機(jī) 廳發(fā)生坍塌事故。法國(guó)交通部發(fā)表調(diào)查報(bào)告稱，由于2 e 候機(jī)廳頂棚與圓形鋼結(jié) 構(gòu)支柱連接處存在初始裂紋，在長(zhǎng)期風(fēng)載荷的作用下，初始裂紋向臨界裂紋發(fā) 展，受損不斷累積，連接處發(fā)生突發(fā)性斷裂，從而導(dǎo)致候機(jī)廳頂棚坍塌事故【2 2 。 以上事故不僅造成大量的人員傷亡，又給社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 1 1 3 考慮初始缺陷研究的意義 由于初始缺陷的存在，已經(jīng)給社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，為 了把損失降到最低，很有必要對(duì)材料做深入的研究，而考慮初始缺陷的研究無 疑是更進(jìn)了一步，而實(shí)際工程中的材料，或多或少存在這樣或那樣的缺陷。因 此，考慮初始缺陷的研究，更符合材料的實(shí)際情況，希望能給社會(huì)減少經(jīng)濟(jì)損 失，消除因初始缺陷的存在帶來的工程隱患。 通過對(duì)各工程事故分析，可以發(fā)現(xiàn)，土體的破壞角度各不相同，即使相同 土質(zhì)，工程性質(zhì)相近的情況下，破壞面的角度有時(shí)也有很大差別，所以認(rèn)為土 體的不均勻性，對(duì)土體的強(qiáng)度及破壞特性有很大影響。國(guó)內(nèi)外關(guān)于剪切帶的研 究大多集中在對(duì)砂土的研究，關(guān)于砂性土剪切帶的實(shí)驗(yàn)研究在國(guó)際上已有大量 文獻(xiàn)報(bào)道，面對(duì)粘性土剪切帶的研究卻較少，而考慮初始缺陷的土體的剪切帶 研究更少。h u t c h i n s o n 和t v e r g a a r d 5 6 】做過一些考慮初始缺陷的研究，v a r d o u l a k i s i 和g r a f b 5 7 】做過一些砂土方面的剪切帶研究，而對(duì)粘性土進(jìn)行考慮初始缺陷的 剪切帶研究卻沒有，因此有必要對(duì)考慮初始缺陷的軟粘土進(jìn)行剪切帶試驗(yàn)研究 與數(shù)值模擬，希望能給工程界提供更符合實(shí)際的計(jì)算參數(shù)。 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 剪切帶問題的研究已有很長(zhǎng)一段時(shí)間，早在1 9 7 5 年，r h i l l 和j w h u t c h i n s o n 就對(duì)平面應(yīng)力條件下的分叉現(xiàn)象進(jìn)行了研究【5 羽，j w r u d n i c k 和j r r i c e 也于 1 9 7 5 年研究了剪脹性材料的應(yīng)變局部化條件【5 9 1 。 第1 章緒論 國(guó)內(nèi)外的土體應(yīng)變局部化的研究?jī)?nèi)容包括四個(gè)方面：1 ) 室內(nèi)試驗(yàn)研究，2 ) 理論研究，3 ) 數(shù)值模擬，4 ) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。前三者可以研究剪切帶形成機(jī)理， 而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究可以提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以對(duì)理論加以應(yīng)證。不幸的是，盡管應(yīng)變局 部化問題如此重要，現(xiàn)有的完好的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)仍然很少，所以絕大部分應(yīng)變 局部化的研究，都集中于前三個(gè)方面。 剪切帶的試驗(yàn)研究通常采用三軸試驗(yàn)和平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)，也有部分學(xué)者采用 其它方法研究土體剪切帶，并取得了良好的效果。剪切帶的理論研究包括：剪 切帶形成的力學(xué)特性描述，臨界力學(xué)條件，以及剪切帶內(nèi)部變形的發(fā)展演化規(guī) 律等。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，為數(shù)值分析剪切帶的局部化變行研究提供了有 效的工具，其中比較多采用的數(shù)值方法為有限元法( f e m ) 、離散單元法( d e m ) 、 自適應(yīng)有限元法等。 到目前為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在剪切帶方面已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究、理論研 究以及數(shù)值模擬方面的探索。 1 2 1 國(guó)外剪切帶研究現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)剪切帶的研究較早，但由于側(cè)向應(yīng)變很難檢測(cè)，因此，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù) 據(jù)基本沒有，所以絕大部分應(yīng)變局部化的研究，都集中于室內(nèi)試驗(yàn)研究、理論 研究和數(shù)值模擬。 1 2 1 1 國(guó)外剪切帶試驗(yàn)研究現(xiàn)狀 1 9 7 7 年，a r t h 一】用x 射線照相技術(shù)記錄了真三軸試驗(yàn)中試樣應(yīng)變的發(fā)展 過程，留下很多試樣在不同中主應(yīng)力比b 破壞時(shí)發(fā)展完善的剪切帶的x 射線照 片，剪切帶何時(shí)開始發(fā)生不清楚，只是觀察到剪切帶開始于破壞之前。 19 7 8 年和19 7 9 年，i v a r d o u l a k i s 、m g o l d s c h e i d e r 和g g u d e h u s 6 1 - 6 2 對(duì)砂 土的三軸試驗(yàn)研表明：只要試樣足夠密實(shí)，或側(cè)向壓力超過臨界壓力，均會(huì)產(chǎn) 生變形局部化現(xiàn)象。 19 8 2 年，d r e s c h e r 和v a r d o u l a k i s 6 3 】研究了顆粒材料在三軸試驗(yàn)中的變形機(jī) 理對(duì)其軟化性狀的影響，認(rèn)為：三軸壓縮試驗(yàn)得到的軟化的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系， 可能主要是由試樣的不均勻應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)引起的幾何軟化，而不僅僅是由材 1 6 第1 章緒論 料剪脹引起的。 1 9 8 2 年，s c a r p e u i 和w o o d f 刪采用x 射線技術(shù)研究砂土直剪試驗(yàn)中剪切帶 的形式，結(jié)果表明，試驗(yàn)裝置對(duì)試樣變形的限制程度影響剪切帶的傾角。 1 9 8 4 年，h e t t l e r 、a 和v a r d o u l a k i s ，i 【6 5 】采用大三軸儀研究了干砂的力學(xué)性 質(zhì)，重點(diǎn)討論了分叉、非理想靈敏性誤差產(chǎn)生的原因，并通過試驗(yàn)得到砂土的 大應(yīng)變和小應(yīng)變模型。 1 9 8 5 年，j d e s r u e s 、j l a n i e r 和p s t u t z 【刪通過比較試驗(yàn)中連續(xù)拍攝的照片， 繪制出試樣內(nèi)部應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)，以定義應(yīng)變局部化的開始和激化，并用y 射線吸收 率量測(cè)試樣密度的變化，第一次成功地觀測(cè)了平面應(yīng)變內(nèi)部的剪切帶的發(fā)展， 發(fā)現(xiàn)：剪切帶開始于試樣的中心部位，并沿一固定方向傳播，該方向與破壞前 c o u l o m b 公式的預(yù)測(cè)值一致；破壞表現(xiàn)為“局部化變形發(fā)展的結(jié)果”；通過比較 試驗(yàn)前后試樣密度的分布，發(fā)現(xiàn)剪切帶內(nèi)材料的剪脹劇烈，而遠(yuǎn)離剪切帶處的 體積改變幾乎為零。 19 8 5 年和19 8 8 年，v a r d o u l a k i s i t 6 m 8 】等2 0 年前就對(duì)砂土進(jìn)行了平面應(yīng)變?cè)?驗(yàn)，通過試驗(yàn)結(jié)果分析了率相關(guān)的本構(gòu)方程對(duì)剪切帶傾角和臨界應(yīng)變等的預(yù)估 能力，強(qiáng)調(diào)了本構(gòu)方程的重要性。 1 9 8 6 年和1 9 9 0 年，f t a t s u o k a 等1 6 9 - 7 0 】進(jìn)行了一系列人工制備細(xì)砂的平面應(yīng) 變排水壓縮試驗(yàn)，研究強(qiáng)度各向異性及其與剪切帶方向的關(guān)系。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：剪 切帶并不具有唯一的傾角，在平面應(yīng)變壓縮試驗(yàn)中，成層面方向與零拉伸方向 不一致時(shí)，剪切帶的方向與最大應(yīng)力傾斜面的方向一致；而在簡(jiǎn)單剪切試驗(yàn)中， 成層面的方向與零拉伸方向一致時(shí)，剪切帶的方向也與零拉伸面的方向一致。 1 9 8 6 年1 9 9 3 年，f t a t s u o k a 7 1 7 3 1 等對(duì)砂土進(jìn)行平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)，研究了強(qiáng)度 各向異性和破壞時(shí)的剪切帶方向二者之間的關(guān)系；通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度各向異性 并不直接與剪切帶關(guān)于沉積層面的方向有關(guān)，并不是在某個(gè)唯一的角度下發(fā)生， 而是發(fā)生在零延伸方向和最大應(yīng)力斜面方向之間的某個(gè)方向上。 19 8 8 年，j f p e t e r s 、e v l a d e 和a b r o 7 4 】進(jìn)行了密實(shí)的s a n t am o n i c a 海濱 砂的平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)，試驗(yàn)中采用細(xì)高的試樣h b = 2 8 5 ，以增加剪切帶產(chǎn)生的趨 勢(shì)，得出：在平面應(yīng)變條件下，砂土中的剪切帶可發(fā)生在應(yīng)力一應(yīng)變曲線的硬 1 7 第1 章緒論 化區(qū)，能控制荷載一變形曲線的峰值及峰值后性狀的結(jié)論，該結(jié)論與r u d n i c k i 和 r i c e 7 5 】在理論上的結(jié)論一致。 1 9 9 1 年，w u 和k o l y m b a s t 7 6 】的研究表明：密砂破壞時(shí)，頸縮發(fā)生在頂部， 且在應(yīng)力峰值后階段，形成一個(gè)明確的剪切區(qū)；松砂破壞時(shí)，頸縮發(fā)生在中部， 且沒有明顯的剪切帶。 1 9 9 1 年和1 9 9 3 年，h a n ，c 【7 w 8 】等通過平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)分析了砂土剪切破壞的 特性，并用x 射線照相技術(shù)分析了破壞模式，結(jié)果表明松砂不易產(chǎn)生局部化變 形。并通過對(duì)剪切帶形成的狀態(tài)、剪切帶傾角和剪切帶的演化進(jìn)行分析，得出 剪切帶內(nèi)的剪應(yīng)變和剪切帶的傾角都與側(cè)向壓力有關(guān)。 1 9 9 2 年，a a l s i n y 、i v a r d o u l a k i s 和a d r e s c h e r 7 9 】進(jìn)行了一系列體積控制的 平面應(yīng)變條件下厚壁空心圓柱形砂樣的膨脹試驗(yàn)，揭示干砂樣中局部化變形模 式為曲線剪切帶，稱為擴(kuò)散型剪切帶，均質(zhì)軸對(duì)稱變形的喪失與孔穴內(nèi)外壓力 差以及孔穴體積變化的曲線軟化有關(guān)。 1 9 9 2 年和1 9 9 6 年，j c h u 等【8 嗍1 】研究了真三軸試驗(yàn)條件下，砂土應(yīng)變軟化 和剪切帶形成，為了確保剪切帶的形成不受邊界缺陷的影響，采用了特制的壓 力室。試驗(yàn)中的應(yīng)力應(yīng)變都采用微機(jī)控制，尤其在應(yīng)變路徑試驗(yàn)中，采用微機(jī) 伺服，控制應(yīng)變?cè)隽勘?，同時(shí)也采用圖象技術(shù)來監(jiān)視剪切帶的形成過程，通過 對(duì)非均勻變形的監(jiān)測(cè)，得出剪切帶的形成不是邊界缺陷的結(jié)果，而是在某種應(yīng) 力狀態(tài)和剪切路徑的條件下必然發(fā)生的。最后，建立了剪切帶形成的條件并區(qū) 別了三種應(yīng)變軟化類型。 19 9 3 年，t y o s l l i d a 、f t a _ t s u o k a 、m s a s s i d d i q u e e 、y k a m e g a i 和c s p a r k t 8 2 】 用照相量測(cè)法研究不同粒徑和棱角性程度的密砂在平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)中剪切帶的發(fā) 展，發(fā)現(xiàn)：多個(gè)剪切帶開始于試驗(yàn)的中心部位，緊接著達(dá)到峰值狀態(tài)，其中只 有一個(gè)剪切帶的發(fā)展持續(xù)到峰值后。持續(xù)發(fā)展的剪切帶，在接近峰值時(shí)剪脹率 最大，在殘余狀態(tài)時(shí)厚度達(dá)到一定值。 1 9 9 3 年，t t a n a k a 和t s a k a i t 8 3 】進(jìn)行被動(dòng)和主動(dòng)兩種模式的砂土活門試驗(yàn)， 并在試樣的制備過程中放置水平著色薄砂層，以觀察剪切帶的發(fā)生、擴(kuò)展過程， 分析漸進(jìn)性破壞過程。 1 8 第1 章緒論 1 9 9 3 年，d m u i r w o o d 和k j l s t o n e i 馴采用離心模型試驗(yàn)?zāi)M分析局部化 變形模式。 1 9 9 5 年，e p a p a m i c h o s 和i v a r d o u l a k i s s s 】在砂土試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為 基于共軸流動(dòng)理論不能很好地預(yù)估砂土中剪切帶形成的試驗(yàn)結(jié)果，建議發(fā)展非 共軸塑性理論。 1 9 9 6 年，j d e s r u e s 等【8 6 】對(duì)h o s t u nr f 密砂和松砂的常規(guī)三軸試驗(yàn)中局部化 情況進(jìn)行研究，該研究采用不同于以往的x 射線技術(shù)，而是用c t - x 射線技術(shù)得 到的切片圖分析了局部化變形區(qū)的孔隙比演化規(guī)律，側(cè)壓采用6 0 k p a 。試驗(yàn)結(jié)果 表明：根據(jù)試驗(yàn)條件的不同，局部化應(yīng)變以不同的方式發(fā)展，在許多試驗(yàn)中觀 察到“中心圓錐”、“成對(duì)平面”的形式：量測(cè)到的局部剪切區(qū)內(nèi)的孔隙比同最 終量測(cè)的平均孔隙比不同，對(duì)基于總體( 平均) 體積變化量測(cè)的臨界孔隙比提 出質(zhì)疑；在松砂中很難觀察局部化應(yīng)變的演化，因?yàn)槠渲底兓淮?；估?jì)的剪 切帶厚度約為6 - 9 m m ，2 0 倍平均顆粒直徑；剪切帶初始產(chǎn)生時(shí)的軸向應(yīng)變?yōu)? ， 而應(yīng)力比峰值出現(xiàn)在軸向應(yīng)變?yōu)? - - - 4 ：軸向應(yīng)變達(dá)7 之后，孔隙比停止增加， 當(dāng)采用潤(rùn)滑試樣技術(shù)時(shí)，剪切帶被延遲到軸向應(yīng)變達(dá)1 6 - 2 0 ，有時(shí)甚至在軸向 應(yīng)變達(dá)1 9 時(shí)仍未觀察到變形局部化現(xiàn)象，在觀察到局部化變形產(chǎn)生時(shí)，密砂 的平均孔隙比同局部孔隙比相差很大，局部孔隙比增加較快，但整體呈現(xiàn)剪脹， 最終的局部孔隙比趨于臨界值；而松砂中的局部和平均孔隙比變化不大，最后 趨于同一穩(wěn)定值。 19 9 6 年，r i c h a r dj f i n n o 、w e n d e l lw h a r r i s 和m i c h a e la m o o n e v 【s 7 通過平 面應(yīng)變?cè)囼?yàn)研究顆粒級(jí)配良好的飽和松砂在不排水條件下的剪切帶現(xiàn)象。觀察 中運(yùn)用立體成像技術(shù)捕捉內(nèi)部局部變形的演化。得出：1 在所有的平面應(yīng)變?cè)囼?yàn) 中，先有一均勻變形階段，隨后出現(xiàn)局部化變形，再是達(dá)到最大有效應(yīng)力比值， 最后是持續(xù)的剪切帶形成。2 剪切帶內(nèi)存在剪脹現(xiàn)象，由于體積不變，剪切帶外 土體剪縮，但體積應(yīng)變相對(duì)剪切帶內(nèi)的體積應(yīng)變來說很小，而剪切帶內(nèi)的剪切 變形高達(dá)5 0 - - 6 0 。3 應(yīng)力應(yīng)變曲線在剪切帶開始之前，反映的是均勻土樣的本 構(gòu)關(guān)系，剪切帶開始之后，反映的則是土體中剪切帶逐步形成所表現(xiàn)的土體的 宏觀力學(xué)行為。4 在剪切帶內(nèi)，土體的孔隙比和有效應(yīng)力接近臨界狀態(tài)。 1 9 9 6 年，j c h u 、s c r l o 和i k l e e s 8 】研究了砂土在b 為恒值時(shí)真三軸試 1 9 第1 章緒論 驗(yàn)的剪切帶形成，采用照相技術(shù)觀察剪切帶的發(fā)展，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：剪切帶僅在破 壞后的應(yīng)變軟化階段開始變得較為明顯；破壞時(shí)的軸向應(yīng)變和剪切帶開始時(shí)的 軸向應(yīng)變，在b 值從o 到o 5 的范圍內(nèi)，均隨b 值的增加而減?。黄茐暮蟮郊羟?帶出現(xiàn)前的應(yīng)變變化的幅度，先是隨b 值的增加而快速降低，在b = 0 3 左右達(dá) 到最小值，然后稍有增加。 1 9 9 6 年，e v l a d e 、 j y a m a m u r a 和b d s k y e r s 8 9 】研究發(fā)現(xiàn)c a m b r i a 粗砂、 中硅砂和細(xì)硅砂的拉伸試驗(yàn)中，量測(cè)粗砂的剪切帶傾角更離散一些，均與諺，接 近，認(rèn)為：砂沉積的各向異性對(duì)剪切帶的傾角有影響。對(duì)于橫觀各向異性沉積 的砂，剪切帶向水平向傾斜，這是因?yàn)轭w粒的長(zhǎng)軸趨向于水平方向。 1 9 9 7 年，r j f i n n o 、m a a l a r c o n 、m a m o o n e y 和c t v i g g i a n i 9 0 】通過研究 認(rèn)為不同方法制備的砂樣，在平面應(yīng)變壓縮條件下局部化變形情況不同。濕擊 法( m o i s tt a m p i n g ) $ 1 j 備的試樣相對(duì)于撤砂法( d r yp l u v i a t e d ) $ 1 j 備的試樣的剪切帶形 成加快漸進(jìn)發(fā)展，而且，前者的剪切帶在峰值后變形過程中會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，后者的 剪切帶則相對(duì)穩(wěn)定。究其原因，主要由于濕擊法試樣的初始不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及撤 砂法試樣的剪脹特性引起。 1 9 9 7 年。2 0 0 3 年，r j f i n n o t