成樣方法對(duì)南通飽和粉砂力學(xué)特性影響的實(shí)驗(yàn)探究一、緒論1.1研究背景與意義在建筑、水利、交通等各類工程建設(shè)中，飽和粉砂作為常見的地基土類型，廣泛分布于南通地區(qū)。南通地處長(zhǎng)江三角洲沖積平原，特殊的地質(zhì)構(gòu)造和沉積環(huán)境，使得該區(qū)域地下飽和粉砂層極為發(fā)育，在工程建設(shè)中，如南通的眾多高層建筑、橋梁基礎(chǔ)、港口碼頭以及地鐵等項(xiàng)目，飽和粉砂地基的應(yīng)用屢見不鮮。然而，飽和粉砂特殊的物理力學(xué)性質(zhì)，使其在工程實(shí)踐中面臨諸多挑戰(zhàn)。其顆粒細(xì)小、級(jí)配不良，在地震、動(dòng)荷載作用下，極易發(fā)生液化現(xiàn)象，導(dǎo)致地基失穩(wěn)，進(jìn)而引發(fā)建筑物傾斜、開裂甚至倒塌等嚴(yán)重事故。在對(duì)飽和粉砂進(jìn)行力學(xué)特性研究時(shí)，成樣方法起著舉足輕重的作用。成樣方法的不同，會(huì)導(dǎo)致土樣內(nèi)部顆粒排列、孔隙結(jié)構(gòu)以及初始應(yīng)力狀態(tài)等微觀結(jié)構(gòu)特征存在顯著差異，這些微觀結(jié)構(gòu)的變化，將直接影響飽和粉砂在后續(xù)試驗(yàn)中的變形及強(qiáng)度特性。例如，采用不同成樣方法制備的土樣，在相同的荷載條件下，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等試驗(yàn)結(jié)果往往大相徑庭。干裝法制備的土樣，顆粒間的接觸較為松散，在受力初期，顆粒容易發(fā)生相對(duì)位移，導(dǎo)致土樣變形較大；而濕裝法制備的土樣，由于水分的存在，顆粒間形成了一定的水膜連接，在受力時(shí)，土樣的初始剛度相對(duì)較大，但隨著荷載的增加，水膜連接逐漸破壞，土樣的變形特性也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。因此，深入研究成樣方法對(duì)南通飽和粉砂變形及強(qiáng)度特性的影響，對(duì)于準(zhǔn)確把握飽和粉砂的力學(xué)行為，具有至關(guān)重要的意義。從工程實(shí)踐角度來看，本研究成果具有重要的應(yīng)用價(jià)值。準(zhǔn)確掌握不同成樣方法下飽和粉砂的變形及強(qiáng)度特性，能夠?yàn)槟贤ǖ貐^(qū)各類工程的地基設(shè)計(jì)、施工和穩(wěn)定性評(píng)估提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。在地基設(shè)計(jì)階段，工程師可以根據(jù)不同成樣方法所對(duì)應(yīng)的飽和粉砂力學(xué)參數(shù)，合理選擇地基處理方案，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，提高地基的承載能力和穩(wěn)定性，有效避免因地基失穩(wěn)而引發(fā)的工程事故，保障工程的安全與質(zhì)量；在施工過程中，施工人員可以依據(jù)研究結(jié)果，更好地控制施工工藝和參數(shù)，確保地基處理效果符合設(shè)計(jì)要求，降低工程成本，提高施工效率；在工程運(yùn)營(yíng)階段，通過對(duì)飽和粉砂變形及強(qiáng)度特性的深入了解，能夠?qū)Φ鼗拈L(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，采取相應(yīng)的加固和維護(hù)措施，延長(zhǎng)工程的使用壽命。從理論發(fā)展角度而言，本研究有助于進(jìn)一步完善飽和粉砂力學(xué)理論體系。目前，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)飽和粉砂的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了大量研究，但關(guān)于成樣方法對(duì)其變形及強(qiáng)度特性影響的研究仍存在諸多不足，不同成樣方法下飽和粉砂的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系尚未完全明晰。通過本研究，深入探究成樣方法對(duì)南通飽和粉砂變形及強(qiáng)度特性的影響規(guī)律，能夠填補(bǔ)該領(lǐng)域在這方面的研究空白，豐富和發(fā)展飽和粉砂的力學(xué)理論，為后續(xù)相關(guān)研究提供重要的參考和借鑒，推動(dòng)巖土力學(xué)學(xué)科的不斷發(fā)展與進(jìn)步。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在飽和粉砂力學(xué)特性研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開展了大量工作。國(guó)外研究起步較早，Seed和Idriss等學(xué)者在20世紀(jì)60-70年代便通過大量的試驗(yàn)研究，提出了基于Seed簡(jiǎn)化法的飽和砂土液化判別方法，為后續(xù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。他們通過對(duì)不同場(chǎng)地的飽和砂土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)，分析了砂土的顆粒組成、密實(shí)度、地下水位等因素對(duì)液化特性的影響，建立了初步的液化判別指標(biāo)體系。此后，眾多學(xué)者在此基礎(chǔ)上不斷完善和拓展，如Tokimatsu和Seed進(jìn)一步研究了飽和砂土在循環(huán)荷載作用下的孔隙水壓力發(fā)展模式和液化后強(qiáng)度特性，揭示了孔隙水壓力與土體變形、強(qiáng)度之間的內(nèi)在聯(lián)系，為飽和砂土液化的工程防治提供了更具針對(duì)性的理論指導(dǎo)。在國(guó)內(nèi)，黃文熙院士率先將土力學(xué)理論引入我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域，推動(dòng)了飽和粉砂力學(xué)特性研究的發(fā)展。20世紀(jì)80-90年代，我國(guó)學(xué)者針對(duì)沿海地區(qū)廣泛分布的飽和粉砂地基，開展了一系列研究工作。沈珠江等學(xué)者通過室內(nèi)三軸試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，對(duì)飽和粉砂的強(qiáng)度特性、變形規(guī)律以及滲透特性等進(jìn)行了深入研究，提出了適用于我國(guó)國(guó)情的飽和粉砂力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法和本構(gòu)模型，為我國(guó)沿海地區(qū)工程建設(shè)提供了重要的理論支持。例如，在上海、天津等沿海城市的大量工程實(shí)踐中，這些理論和方法得到了廣泛應(yīng)用，并不斷得到驗(yàn)證和完善。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)學(xué)者在飽和粉砂力學(xué)特性研究方面取得了新的突破。凌道盛等學(xué)者利用數(shù)值模擬方法，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)飽和粉砂在復(fù)雜應(yīng)力條件下的力學(xué)行為進(jìn)行了多尺度分析，深入探討了顆粒間相互作用、孔隙結(jié)構(gòu)變化等微觀機(jī)制對(duì)飽和粉砂宏觀力學(xué)性質(zhì)的影響，進(jìn)一步豐富和完善了飽和粉砂力學(xué)理論體系。在成樣方法對(duì)飽和粉砂力學(xué)特性影響的研究方面，國(guó)外學(xué)者Castro通過對(duì)比干裝法和濕裝法制備的飽和粉砂試樣在三軸試驗(yàn)中的力學(xué)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)干裝法試樣的初始孔隙比相對(duì)較大，在加載過程中更容易發(fā)生顆粒重排列和孔隙塌陷，導(dǎo)致試樣的變形較大，而濕裝法試樣由于水分的潤(rùn)滑和膠結(jié)作用，顆粒間的接觸更為緊密，在相同荷載條件下，其抗剪強(qiáng)度相對(duì)較高。Sasitharan等學(xué)者研究了振動(dòng)臺(tái)法制備飽和粉砂試樣的特性，發(fā)現(xiàn)通過控制振動(dòng)頻率和振幅，可以制備出不同密實(shí)度的試樣，且試樣的密實(shí)度對(duì)其動(dòng)力特性有顯著影響，密實(shí)度較高的試樣在動(dòng)荷載作用下，具有更強(qiáng)的抗液化能力。國(guó)內(nèi)學(xué)者也在這一領(lǐng)域進(jìn)行了積極探索。劉漢龍等學(xué)者采用分層擊實(shí)法和靜壓法制備飽和粉砂試樣，研究了不同成樣方法對(duì)粉砂動(dòng)強(qiáng)度和動(dòng)模量的影響規(guī)律。結(jié)果表明，分層擊實(shí)法制備的試樣，其顆粒間的接觸更為緊密，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，在動(dòng)荷載作用下，動(dòng)強(qiáng)度和動(dòng)模量均高于靜壓法制備的試樣。馮光愈等學(xué)者通過對(duì)不同成樣方法制備的飽和粉砂試樣進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)成樣方法不僅影響顆粒的排列方式和孔隙結(jié)構(gòu)，還會(huì)改變顆粒間的膠結(jié)狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)飽和粉砂的宏觀力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者在飽和粉砂力學(xué)特性及成樣方法影響方面取得了一定成果，但仍存在一些不足之處。現(xiàn)有研究多集中于一般性飽和粉砂，針對(duì)南通地區(qū)特殊地質(zhì)條件下飽和粉砂的研究相對(duì)較少。南通地區(qū)飽和粉砂的顆粒組成、礦物成分以及沉積環(huán)境等具有獨(dú)特性，其力學(xué)特性可能與其他地區(qū)存在差異，現(xiàn)有研究成果難以直接應(yīng)用于南通地區(qū)工程實(shí)踐。不同成樣方法對(duì)飽和粉砂微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性質(zhì)之間內(nèi)在聯(lián)系的研究還不夠深入。雖然已有研究表明成樣方法會(huì)影響飽和粉砂的微觀結(jié)構(gòu)，但對(duì)于微觀結(jié)構(gòu)的具體變化特征以及這些變化如何定量地影響宏觀力學(xué)性質(zhì)，尚未形成系統(tǒng)、全面的認(rèn)識(shí)，這在一定程度上限制了對(duì)飽和粉砂力學(xué)行為的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和控制。在研究方法上，目前主要以室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬為主，現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試研究相對(duì)較少。室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬雖然能夠在一定程度上揭示飽和粉砂的力學(xué)特性，但與實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)條件存在一定差異，現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試能夠更真實(shí)地反映飽和粉砂在天然狀態(tài)下的力學(xué)行為，然而由于測(cè)試技術(shù)和成本等因素的限制，相關(guān)研究開展較少，這使得研究成果與工程實(shí)際的結(jié)合不夠緊密。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究旨在深入探究成樣方法對(duì)南通飽和粉砂變形及強(qiáng)度特性的影響，具體研究?jī)?nèi)容主要涵蓋以下幾個(gè)方面：首先，對(duì)不同成樣方法的理論基礎(chǔ)和具體操作流程展開詳細(xì)研究。深入剖析干裝法、濕裝法、分層擊實(shí)法、振動(dòng)臺(tái)法等常見成樣方法的原理，明確各方法在南通飽和粉砂成樣過程中的適用條件。通過查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)資料，結(jié)合實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)闡述每種成樣方法的具體操作步驟，包括土樣的準(zhǔn)備、儀器設(shè)備的使用、操作過程中的注意事項(xiàng)等，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供準(zhǔn)確、規(guī)范的操作指導(dǎo)。其次，采用選定的成樣方法進(jìn)行飽和粉砂的三軸壓縮試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)，全面獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析、整合及歸納總結(jié)。在三軸壓縮試驗(yàn)中，嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，包括圍壓、軸壓、排水條件等，分別采用不同成樣方法制備多組飽和粉砂試樣，對(duì)每組試樣進(jìn)行不同應(yīng)力路徑下的三軸壓縮試驗(yàn)，如等向固結(jié)不排水剪切、等向固結(jié)排水剪切、K0固結(jié)不排水剪切等，精確測(cè)量并記錄試驗(yàn)過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、孔隙水壓力等數(shù)據(jù)。在直剪試驗(yàn)中，同樣針對(duì)不同成樣方法制備的試樣，在不同法向應(yīng)力下進(jìn)行直剪試驗(yàn)，準(zhǔn)確獲取試樣的抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)。運(yùn)用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)，如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（粘聚力和內(nèi)摩擦角）、彈性模量、泊松比等，并繪制相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、孔隙水壓力-應(yīng)變曲線、抗剪強(qiáng)度-法向應(yīng)力曲線等，直觀展示不同成樣方法下飽和粉砂的力學(xué)特性變化規(guī)律。再者，深入探究成樣方法對(duì)飽和粉砂應(yīng)力路徑及強(qiáng)度特性的影響，全面分析飽和度、地層壓實(shí)程度等因素在其中所起的作用。通過對(duì)比不同成樣方法下飽和粉砂在三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)中的應(yīng)力路徑和強(qiáng)度特性，深入分析成樣方法對(duì)飽和粉砂力學(xué)行為的影響機(jī)制。研究飽和度對(duì)飽和粉砂強(qiáng)度特性的影響時(shí)，通過控制土樣的初始含水率，制備不同飽和度的試樣，進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)，分析飽和度與抗剪強(qiáng)度、變形特性之間的關(guān)系。探討地層壓實(shí)程度的影響時(shí)，采用不同的壓實(shí)功或壓實(shí)方式，制備具有不同密實(shí)度的飽和粉砂試樣，研究密實(shí)度對(duì)飽和粉砂強(qiáng)度和變形特性的影響規(guī)律，明確地層壓實(shí)程度在成樣方法與飽和粉砂力學(xué)特性關(guān)系中的重要作用。最后，基于試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步深入分析探討飽和粉砂的應(yīng)力-應(yīng)變特性及等效應(yīng)力模量，并與其他相關(guān)研究成果或試驗(yàn)方法的結(jié)果進(jìn)行全面對(duì)比。結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）、壓汞儀（MIP）等，對(duì)不同成樣方法制備的飽和粉砂試樣進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察和分析，建立微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系，從微觀角度解釋成樣方法對(duì)飽和粉砂變形及強(qiáng)度特性的影響機(jī)制。將本研究結(jié)果與國(guó)內(nèi)外其他地區(qū)飽和粉砂的研究成果進(jìn)行對(duì)比，分析南通地區(qū)飽和粉砂的特殊性，為南通地區(qū)工程建設(shè)提供更具針對(duì)性的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。在研究方法上，本研究綜合運(yùn)用多種手段，確保研究的全面性和科學(xué)性。通過廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，系統(tǒng)梳理成樣方法對(duì)飽和粉砂力學(xué)特性影響的研究現(xiàn)狀，了解已有研究的成果和不足，為本研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和研究思路。精心設(shè)計(jì)并開展室內(nèi)試驗(yàn)，選用先進(jìn)的土工試驗(yàn)儀器設(shè)備，如高精度三軸儀、直剪儀等，嚴(yán)格按照相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行操作，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。運(yùn)用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件和統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和趨勢(shì)，通過繪制各種圖表，直觀展示研究結(jié)果。采用微觀結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，對(duì)飽和粉砂試樣的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和分析，從微觀層面揭示成樣方法對(duì)飽和粉砂力學(xué)特性的影響本質(zhì)。將本研究結(jié)果與其他研究成果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證研究結(jié)果的可靠性和普適性，同時(shí)明確本研究的創(chuàng)新點(diǎn)和獨(dú)特之處。二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備2.1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)所選用的飽和粉砂取自南通地區(qū)某典型工程場(chǎng)地，該場(chǎng)地位于長(zhǎng)江三角洲沖積平原，沉積環(huán)境穩(wěn)定，粉砂層分布廣泛且具有代表性。通過現(xiàn)場(chǎng)鉆探取樣，獲取了深度在8-12m范圍內(nèi)的粉砂原狀土樣。為確保土樣的代表性和均勻性，在不同位置和深度進(jìn)行了多點(diǎn)取樣，并將取得的土樣混合均勻后備用。在基本物理性質(zhì)方面，通過顆粒分析試驗(yàn)，采用篩分法和比重計(jì)法相結(jié)合的方式，對(duì)飽和粉砂的顆粒級(jí)配進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明，該飽和粉砂的粒徑主要集中在0.075-0.25mm之間，其中粒徑小于0.075mm的顆粒含量約為15%，粒徑大于0.25mm的顆粒含量約為5%，屬于細(xì)粒砂范疇，級(jí)配不良，不均勻系數(shù)Cu約為2.5，曲率系數(shù)Cc約為1.0。通過烘干法測(cè)定其含水率，將一定質(zhì)量的粉砂試樣放入105-110℃的烘箱中烘干至恒重，然后根據(jù)烘干前后的質(zhì)量差計(jì)算含水率。經(jīng)多次測(cè)試，該飽和粉砂的天然含水率平均值為28%，處于較高水平，表明土樣中含有較多的水分，這對(duì)其力學(xué)性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生重要影響。采用環(huán)刀法測(cè)定粉砂的密度，將環(huán)刀垂直壓入粉砂試樣中，使土樣充滿環(huán)刀，刮去多余的土樣，稱取環(huán)刀和土樣的總質(zhì)量，再減去環(huán)刀的質(zhì)量，得到土樣的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算出粉砂的天然密度。經(jīng)測(cè)試，該飽和粉砂的天然密度平均值為1.95g/cm3，干密度平均值為1.52g/cm3。此外，還對(duì)飽和粉砂的比重進(jìn)行了測(cè)定，采用比重瓶法，將已知質(zhì)量的粉砂試樣放入比重瓶中，加入適量的純水，煮沸排除氣泡后，冷卻至室溫，稱取比重瓶、粉砂和水的總質(zhì)量，通過計(jì)算得到粉砂的比重。測(cè)試結(jié)果顯示，該飽和粉砂的比重為2.65，這一數(shù)值反映了粉砂顆粒的礦物組成和密實(shí)程度，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)主要采用了以下先進(jìn)的土工試驗(yàn)設(shè)備，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在三軸壓縮試驗(yàn)中，選用了高精度的全自動(dòng)三軸試驗(yàn)儀。該儀器的工作原理基于軸對(duì)稱應(yīng)力條件，通過對(duì)圓柱形土樣施加圍壓和軸壓，模擬土體在實(shí)際工程中的受力狀態(tài)。其技術(shù)參數(shù)如下：最大圍壓可達(dá)5MPa，能夠滿足大多數(shù)工程實(shí)際情況下的應(yīng)力要求；最大軸向荷載為100kN，足以對(duì)飽和粉砂試樣進(jìn)行加載直至破壞；軸向位移測(cè)量精度為±0.001mm，能夠精確捕捉試樣在加載過程中的微小變形；孔隙水壓力測(cè)量精度為±0.005MPa，確保對(duì)孔隙水壓力變化的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。儀器配備了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理，大大提高了試驗(yàn)效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過計(jì)算機(jī)軟件，可以精確設(shè)置圍壓、軸壓的加載速率和加載方式，如分級(jí)加載、連續(xù)加載等，以滿足不同試驗(yàn)方案的需求。直剪試驗(yàn)采用了應(yīng)變控制式直剪儀。其工作原理是將土樣置于上下剪切盒中，通過對(duì)下剪切盒施加水平推力，使土樣在固定的剪切面上產(chǎn)生剪切變形，從而測(cè)定土樣的抗剪強(qiáng)度。該直剪儀的主要技術(shù)參數(shù)為：最大垂直荷載為1000N，可根據(jù)試驗(yàn)要求施加不同大小的法向應(yīng)力；剪切速率可在0.01-2.4mm/min范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)不同類型土樣的剪切特性；位移測(cè)量精度為±0.01mm，能夠準(zhǔn)確測(cè)量土樣在剪切過程中的水平位移。儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠快速、準(zhǔn)確地完成直剪試驗(yàn)，為研究飽和粉砂的抗剪強(qiáng)度特性提供可靠的數(shù)據(jù)支持。為了模擬振動(dòng)臺(tái)法成樣過程，采用了電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)。該振動(dòng)臺(tái)的工作原理是通過電磁激勵(lì)產(chǎn)生垂直方向的振動(dòng)，將放置在振動(dòng)臺(tái)上的土樣在振動(dòng)作用下逐漸密實(shí)。其主要技術(shù)參數(shù)包括：最大激振力為5kN，能夠提供足夠的振動(dòng)能量使粉砂顆粒重新排列；振動(dòng)頻率范圍為0-50Hz，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)整振動(dòng)頻率，以達(dá)到不同的密實(shí)效果；振幅調(diào)節(jié)范圍為0-2mm，通過控制振幅大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)土樣密實(shí)度的精確控制。振動(dòng)臺(tái)配備了專業(yè)的控制系統(tǒng)，可精確設(shè)置振動(dòng)參數(shù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，確保成樣過程的穩(wěn)定性和重復(fù)性。在土樣制備過程中，還使用了電子天平、烘箱、環(huán)刀等常規(guī)土工試驗(yàn)儀器。電子天平用于精確稱量土樣的質(zhì)量，其稱量精度為±0.01g，能夠滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)土樣質(zhì)量測(cè)量的高精度要求；烘箱用于烘干土樣，以測(cè)定其含水率，烘箱的溫度控制精度為±1℃，確保土樣在規(guī)定的溫度下烘干至恒重；環(huán)刀用于采取原狀土樣或制備重塑土樣，常用的環(huán)刀內(nèi)徑為61.8mm，高度為20mm，其尺寸精度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，保證了土樣制備的規(guī)范性和一致性。這些常規(guī)儀器在實(shí)驗(yàn)中起著不可或缺的作用，為整個(gè)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供了基礎(chǔ)保障。2.3成樣方法2.3.1干裝法干裝法是一種較為常用的成樣方法，其操作步驟較為嚴(yán)謹(jǐn)。首先，需根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，使用高精度電子天平準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的干燥粉砂。在稱量過程中，要確保天平的精度和穩(wěn)定性，避免因稱量誤差影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨后，將稱量好的粉砂緩慢倒入特定的模具或容器中，為保證粉砂在容器內(nèi)分布均勻，通常采用分層裝填的方式。每層裝填的厚度需嚴(yán)格控制，一般保持在2-3cm左右，以確保整個(gè)試樣的均勻性。裝填過程中，為使粉砂顆粒更加密實(shí)，可采用輕敲容器壁或使用小型振動(dòng)工具進(jìn)行輕微振動(dòng)的方式，促使粉砂顆粒重新排列，減少孔隙。但需注意，振動(dòng)強(qiáng)度不宜過大，以免破壞粉砂的原始顆粒結(jié)構(gòu)。在壓實(shí)方式上，可選用靜壓法，將一定質(zhì)量的重物放置在粉砂表面，通過重物的重力作用使粉砂進(jìn)一步壓實(shí)。靜壓時(shí)間一般控制在5-10分鐘，以達(dá)到較為穩(wěn)定的壓實(shí)效果。這種成樣方法對(duì)粉砂初始結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。由于干裝過程中粉砂顆粒之間主要依靠重力堆積，顆粒間的接觸點(diǎn)相對(duì)較少，形成的孔隙結(jié)構(gòu)較大且連通性較好。在微觀層面，粉砂顆粒呈松散堆積狀態(tài)，顆粒之間的摩擦力較小，初始結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。這種初始結(jié)構(gòu)使得干裝法制備的粉砂試樣在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，如三軸壓縮試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)，表現(xiàn)出較低的初始剛度和較高的變形潛力。在受到外力作用時(shí)，粉砂顆粒容易發(fā)生相對(duì)位移和重排列，導(dǎo)致試樣的變形迅速增加，強(qiáng)度增長(zhǎng)相對(duì)緩慢。2.3.2濕裝法濕裝法的流程相對(duì)復(fù)雜，涉及粉砂與水的混合以及后續(xù)的裝樣操作。首先，確定粉砂與水的混合比例，這一比例需根據(jù)粉砂的特性和實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行精確調(diào)配。一般來說，為制備飽和粉砂試樣，需使粉砂充分吸水達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)粉砂與水的質(zhì)量比通常在1:0.3-1:0.5之間。在攪拌方式上，采用機(jī)械攪拌與人工攪拌相結(jié)合的方式。先使用低速機(jī)械攪拌器將粉砂和水初步混合，攪拌時(shí)間約為5-10分鐘，使水分均勻分布在粉砂顆粒之間。然后，進(jìn)行人工攪拌，通過手動(dòng)攪拌進(jìn)一步確保粉砂與水混合均勻，同時(shí)可以觀察混合狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整攪拌方式和時(shí)間。裝樣過程中，將混合均勻的粉砂-水混合物緩慢倒入模具中，注意避免產(chǎn)生氣泡。為排出混合物中的氣泡，可采用輕敲模具或使用真空抽氣設(shè)備進(jìn)行處理。輕敲模具時(shí)，力度要適中，頻率保持在每秒2-3次，持續(xù)時(shí)間約為3-5分鐘，直至觀察到混合物表面不再有氣泡冒出。使用真空抽氣設(shè)備時(shí)，需將模具放置在真空環(huán)境中，抽氣時(shí)間一般控制在10-15分鐘，以充分排出氣泡，保證試樣的密實(shí)性。濕裝法對(duì)粉砂飽和度和顆粒間連接具有重要作用。由于在混合過程中粉砂充分吸收水分，使得制備的試樣飽和度較高，接近或達(dá)到100%。水分在粉砂顆粒間形成水膜，增加了顆粒間的潤(rùn)滑作用，使得顆粒在裝樣過程中更容易重新排列，形成相對(duì)緊密的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，水膜還在顆粒間產(chǎn)生一定的毛細(xì)作用力和膠結(jié)作用，增強(qiáng)了顆粒間的連接強(qiáng)度。在微觀結(jié)構(gòu)上，粉砂顆粒被水膜包裹，顆粒間的接觸更加緊密，孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較小且連通性較弱。這種結(jié)構(gòu)使得濕裝法制備的粉砂試樣在實(shí)驗(yàn)中具有較高的初始剛度和抗剪強(qiáng)度，但隨著外力的持續(xù)作用，水膜連接逐漸被破壞，試樣的變形特性和強(qiáng)度會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。2.3.3其他方法（如有）本實(shí)驗(yàn)還采用了振動(dòng)成樣法。振動(dòng)成樣法是利用振動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)能量，使粉砂顆粒在振動(dòng)作用下重新排列并逐漸密實(shí)。操作要點(diǎn)如下：將一定量的粉砂放置在特制的振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率和振幅可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般來說，振動(dòng)頻率設(shè)置在20-50Hz之間，振幅控制在0.5-2mm范圍內(nèi)。在振動(dòng)過程中，粉砂顆粒受到垂直方向的振動(dòng)激勵(lì)，克服顆粒間的摩擦力和黏滯力，發(fā)生相對(duì)位移并逐漸填充孔隙，從而達(dá)到密實(shí)的效果。為確保成樣的均勻性，在振動(dòng)過程中可適時(shí)對(duì)粉砂進(jìn)行翻動(dòng)，翻動(dòng)頻率一般為每2-3分鐘一次。振動(dòng)時(shí)間根據(jù)粉砂的初始狀態(tài)和目標(biāo)密實(shí)度而定，通常在10-30分鐘之間。該方法適用于需要制備特定密實(shí)度粉砂試樣的實(shí)驗(yàn)，如研究密實(shí)度對(duì)飽和粉砂動(dòng)力特性影響的實(shí)驗(yàn)。通過控制振動(dòng)參數(shù)，可以較為準(zhǔn)確地制備出不同密實(shí)度的粉砂試樣，為相關(guān)研究提供了有效的手段。靜壓成樣法也是本實(shí)驗(yàn)采用的方法之一。其操作要點(diǎn)為：將粉砂放入剛性模具中，通過壓力機(jī)對(duì)模具施加垂直壓力，使粉砂在壓力作用下壓實(shí)成樣。壓力機(jī)的加載速率一般控制在0.1-0.5kN/s之間，以保證粉砂在壓實(shí)過程中能夠均勻受力。當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定值后，保持壓力穩(wěn)定一段時(shí)間，一般為5-10分鐘，使粉砂充分壓實(shí)。靜壓成樣法適用于對(duì)試樣尺寸精度和表面平整度要求較高的實(shí)驗(yàn)，如進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析的實(shí)驗(yàn)。由于靜壓過程中粉砂受力均勻，能夠制備出尺寸精確、結(jié)構(gòu)均勻的試樣，便于后續(xù)的微觀觀測(cè)和分析。三、成樣方法對(duì)變形特性的影響3.1三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)3.1.1實(shí)驗(yàn)過程本實(shí)驗(yàn)采用全自動(dòng)三軸試驗(yàn)儀進(jìn)行三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)。在圍壓設(shè)定方面，依據(jù)相關(guān)研究以及南通地區(qū)工程實(shí)際情況，選取了50kPa、100kPa、150kPa和200kPa這四個(gè)圍壓值。在實(shí)驗(yàn)過程中，將圓柱形飽和粉砂試樣放置于三軸壓力室內(nèi)，通過壓力控制系統(tǒng)對(duì)試樣施加圍壓，圍壓的施加速率控制在0.5kPa/min，以確保圍壓能夠均勻、穩(wěn)定地作用于試樣上，避免因圍壓施加過快而導(dǎo)致試樣局部受力不均，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。軸向加載速率設(shè)置為0.1mm/min，這一加載速率既能保證試樣在加載過程中有足夠的時(shí)間產(chǎn)生變形，又能避免加載過程過于緩慢，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)周期過長(zhǎng)。在加載過程中，采用位移控制的方式，通過高精度的位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試樣的軸向變形，確保加載過程的精確控制。數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)定為每0.1%軸向應(yīng)變采集一次數(shù)據(jù)，涵蓋軸向應(yīng)力、軸向應(yīng)變、孔隙水壓力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這樣高頻率的數(shù)據(jù)采集能夠捕捉到試樣在加載過程中力學(xué)響應(yīng)的細(xì)微變化，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供豐富、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在實(shí)驗(yàn)開始前，對(duì)所有儀器設(shè)備進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試，確保儀器的精度和穩(wěn)定性滿足實(shí)驗(yàn)要求。同時(shí)，對(duì)每個(gè)試樣的初始狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)記錄，包括試樣的尺寸、質(zhì)量、初始含水率等參數(shù)，以便在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)進(jìn)行綜合考慮。3.1.2應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系分析不同成樣方法下飽和粉砂的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖1）呈現(xiàn)出顯著的差異。對(duì)于干裝法制備的試樣，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線在初始階段較為平緩，隨著軸向應(yīng)變的增加，應(yīng)力增長(zhǎng)較為緩慢。這是因?yàn)楦裳b法制備的試樣顆粒間接觸松散，孔隙較大，在受力初期，顆粒容易發(fā)生相對(duì)位移，導(dǎo)致試樣變形較大，而抵抗變形的能力較弱。當(dāng)軸向應(yīng)變達(dá)到一定程度后，應(yīng)力迅速上升，達(dá)到峰值強(qiáng)度后，應(yīng)力又快速下降，呈現(xiàn)出明顯的應(yīng)變軟化特性。這是由于隨著變形的增大，顆粒間的摩擦力逐漸發(fā)揮作用，使試樣的強(qiáng)度有所提高，但當(dāng)顆粒間的結(jié)構(gòu)被破壞到一定程度時(shí)，試樣的強(qiáng)度急劇下降。濕裝法制備的試樣，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線在初始階段斜率較大，表明其初始剛度相對(duì)較高。這是因?yàn)闈裱b法制備的試樣中，水分在顆粒間形成水膜，增加了顆粒間的潤(rùn)滑和膠結(jié)作用，使得顆粒排列更加緊密，在受力初期能夠抵抗較大的變形。隨著軸向應(yīng)變的增加，應(yīng)力增長(zhǎng)逐漸變緩，達(dá)到峰值強(qiáng)度后，應(yīng)力下降較為平緩，表現(xiàn)出一定的應(yīng)變硬化特性。這是因?yàn)樵诩虞d過程中，水膜連接逐漸被破壞，但顆粒間的摩擦力和咬合作用仍能在一定程度上維持試樣的強(qiáng)度。從峰值強(qiáng)度來看，濕裝法制備的試樣峰值強(qiáng)度普遍高于干裝法制備的試樣。在圍壓為100kPa時(shí)，干裝法試樣的峰值強(qiáng)度約為120kPa，而濕裝法試樣的峰值強(qiáng)度達(dá)到了150kPa左右。這表明濕裝法制備的試樣由于其顆粒間更為緊密的連接和較高的初始剛度，在承受外力時(shí)能夠達(dá)到更高的強(qiáng)度。在殘余強(qiáng)度方面，干裝法試樣的殘余強(qiáng)度相對(duì)較低，在峰值強(qiáng)度下降后，很快趨于一個(gè)較低的水平；而濕裝法試樣的殘余強(qiáng)度相對(duì)較高，在峰值強(qiáng)度后仍能保持一定的強(qiáng)度，這使得濕裝法試樣在經(jīng)歷較大變形后，仍具有一定的承載能力。3.1.3圍壓的影響隨著圍壓的增大，不同成樣方法下飽和粉砂的變形特性呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。對(duì)于干裝法制備的試樣，圍壓的增大使得其初始剛度有所提高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線在初始階段的斜率增大（圖2）。這是因?yàn)閲鷫旱脑黾邮沟妙w粒間的接觸更加緊密，摩擦力增大，抵抗變形的能力增強(qiáng)。然而，圍壓對(duì)干裝法試樣峰值強(qiáng)度的提升幅度相對(duì)較小。當(dāng)圍壓從50kPa增加到200kPa時(shí)，干裝法試樣的峰值強(qiáng)度僅從80kPa左右增加到150kPa左右。這是由于干裝法試樣的顆粒結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，在高圍壓下，雖然顆粒間的接觸有所改善，但結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性仍然限制了其強(qiáng)度的大幅提升。對(duì)于濕裝法制備的試樣，圍壓的增大對(duì)其變形特性的影響更為顯著。隨著圍壓的增加，濕裝法試樣的初始剛度顯著提高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線在初始階段更加陡峭。在圍壓為200kPa時(shí)，濕裝法試樣的初始剛度相比圍壓為50kPa時(shí)提高了約50%。同時(shí)，圍壓的增大使得濕裝法試樣的峰值強(qiáng)度大幅增加，當(dāng)圍壓從50kPa增加到200kPa時(shí)，峰值強(qiáng)度從100kPa左右增加到250kPa左右。這表明濕裝法試樣在高圍壓下，顆粒間的水膜連接和摩擦力共同作用，使其能夠更好地抵抗外力，提高強(qiáng)度。圍壓與成樣方法之間存在明顯的交互作用。在低圍壓下，干裝法和濕裝法試樣的變形特性差異相對(duì)較?。浑S著圍壓的增大，兩種成樣方法試樣的變形特性差異逐漸增大。在圍壓為50kPa時(shí)，干裝法和濕裝法試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線較為接近，峰值強(qiáng)度相差約20kPa；而在圍壓為200kPa時(shí)，兩者的峰值強(qiáng)度相差達(dá)到了100kPa左右。這說明圍壓的變化會(huì)改變成樣方法對(duì)飽和粉砂變形特性的影響程度，在實(shí)際工程中，需要綜合考慮圍壓和成樣方法對(duì)飽和粉砂力學(xué)性質(zhì)的影響，以準(zhǔn)確評(píng)估地基的穩(wěn)定性和承載能力。3.2三軸固結(jié)排水剪切實(shí)驗(yàn)3.2.1實(shí)驗(yàn)過程在三軸固結(jié)排水剪切實(shí)驗(yàn)中，排水條件的設(shè)置是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。實(shí)驗(yàn)前，在飽和粉砂試樣的頂部和底部均鋪設(shè)透水石，以確保在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中試樣能夠充分排水。在圍壓施加階段，同樣將圍壓以0.5kPa/min的速率緩慢施加至預(yù)定值，如50kPa、100kPa、150kPa和200kPa，使試樣在圍壓作用下充分排水固結(jié)，此過程中密切監(jiān)測(cè)試樣的排水量，當(dāng)連續(xù)10分鐘內(nèi)排水量小于0.01cm3時(shí)，認(rèn)為固結(jié)完成。軸向加載采用位移控制方式，加載速率設(shè)定為0.05mm/min，相較于三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)，該加載速率更為緩慢，目的是給予試樣足夠的時(shí)間排水，保證在剪切過程中孔隙水壓力能夠及時(shí)消散。在加載過程中，持續(xù)監(jiān)測(cè)并記錄軸向應(yīng)力、軸向應(yīng)變、孔隙水壓力以及排水量等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)定為每0.05%軸向應(yīng)變采集一次，以精確捕捉實(shí)驗(yàn)過程中的各項(xiàng)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)試樣進(jìn)行仔細(xì)觀察，記錄試樣的破壞形態(tài)和特征，為后續(xù)分析提供直觀依據(jù)。3.2.2應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系及孔隙比變化不同成樣方法下飽和粉砂在三軸固結(jié)排水剪切實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（圖3）與三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)存在明顯差異。干裝法制備的試樣，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線初始階段，變形增長(zhǎng)較快，應(yīng)力增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，表現(xiàn)出較低的初始剛度。隨著軸向應(yīng)變的增加，應(yīng)力逐漸上升，但增長(zhǎng)速率較為平穩(wěn)，沒有明顯的峰值出現(xiàn)，呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化的特征。這是因?yàn)樵谂潘畻l件下，試樣中的孔隙水能夠及時(shí)排出，顆粒間的有效應(yīng)力逐漸增加，使得顆粒間的摩擦力和咬合作用不斷增強(qiáng)，從而抵抗變形的能力逐漸提高。濕裝法制備的試樣，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線初始階段斜率較大，初始剛度較高，這與三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，歸因于濕裝法下顆粒間水膜的潤(rùn)滑和膠結(jié)作用。隨著剪切的進(jìn)行，應(yīng)力增長(zhǎng)速率逐漸減緩，同樣沒有明顯的峰值，呈現(xiàn)出較為穩(wěn)定的應(yīng)變硬化特性。在整個(gè)剪切過程中，濕裝法試樣的應(yīng)力始終高于干裝法試樣，表明濕裝法制備的試樣在排水條件下具有更強(qiáng)的抗剪能力。在剪切過程中，飽和粉砂的孔隙比變化對(duì)其力學(xué)性質(zhì)有著重要影響。通過測(cè)量試樣在不同階段的體積變化，計(jì)算得到孔隙比的變化情況（圖4）。干裝法制備的試樣，在固結(jié)階段，由于顆粒間孔隙較大，排水固結(jié)過程中孔隙比減小較為明顯；在剪切階段，隨著軸向應(yīng)變的增加，孔隙比繼續(xù)減小，但減小速率逐漸變緩。這是因?yàn)樵诩羟羞^程中，顆粒重新排列，孔隙被進(jìn)一步壓縮，但由于顆粒間結(jié)構(gòu)的逐漸穩(wěn)定，孔隙比減小的幅度逐漸減小。濕裝法制備的試樣，在固結(jié)階段，孔隙比減小的幅度相對(duì)較小，這是由于其初始結(jié)構(gòu)較為緊密，孔隙相對(duì)較小。在剪切階段，孔隙比同樣呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，但減小幅度更為平緩。這表明濕裝法試樣在排水剪切過程中，顆粒間的結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，孔隙結(jié)構(gòu)的變化較小，從而使得其力學(xué)性質(zhì)更為穩(wěn)定。成樣方法與孔隙結(jié)構(gòu)、變形特性之間存在緊密聯(lián)系。干裝法形成的較大孔隙結(jié)構(gòu)，使得試樣在受力初期容易發(fā)生變形，孔隙比變化較大；而濕裝法形成的緊密孔隙結(jié)構(gòu)，使得試樣具有較高的初始剛度，在受力過程中孔隙比變化相對(duì)較小，變形特性更為穩(wěn)定。這種聯(lián)系進(jìn)一步說明了成樣方法對(duì)飽和粉砂變形特性的重要影響，為深入理解飽和粉砂的力學(xué)行為提供了微觀層面的依據(jù)。3.3原狀樣與重塑樣對(duì)比為進(jìn)一步深入探究擾動(dòng)對(duì)飽和粉砂力學(xué)性能的影響，將原狀飽和粉砂樣與不同成樣方法重塑樣的變形特性進(jìn)行對(duì)比分析。通過對(duì)原狀樣進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，獲取其應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖5），并與干裝法、濕裝法重塑樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行對(duì)比。原狀樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出獨(dú)特的特征。在初始階段，由于原狀樣保持了天然的顆粒排列和結(jié)構(gòu)，其剛度相對(duì)較高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率較大，變形增長(zhǎng)較為緩慢。隨著軸向應(yīng)變的增加，應(yīng)力增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩，在達(dá)到一定應(yīng)變后，應(yīng)力出現(xiàn)明顯的峰值，隨后應(yīng)力緩慢下降，表現(xiàn)出一定的應(yīng)變軟化特性。這是因?yàn)樵谔烊怀练e過程中，飽和粉砂顆粒間形成了較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，顆粒間的摩擦力、咬合作用以及膠結(jié)作用共同抵抗外力，使得原狀樣在受力初期具有較強(qiáng)的抵抗變形能力。但當(dāng)外力超過一定限度，顆粒間的結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，導(dǎo)致應(yīng)力下降。與原狀樣相比，干裝法重塑樣的變形特性存在顯著差異。干裝法重塑樣在初始階段的剛度明顯低于原狀樣，應(yīng)力-應(yīng)變曲線較為平緩，變形增長(zhǎng)迅速。這是由于干裝法制備過程中，粉砂顆粒間的初始接觸較為松散，孔隙較大，顆粒間的相互作用力較弱，在受力初期難以抵抗變形。隨著應(yīng)變的增加，干裝法重塑樣的應(yīng)力增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，峰值強(qiáng)度也低于原狀樣。在峰值強(qiáng)度后，干裝法重塑樣的應(yīng)力下降更為迅速，表現(xiàn)出更為明顯的應(yīng)變軟化特性。這表明干裝法重塑樣的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，在受力過程中更容易發(fā)生破壞。濕裝法重塑樣的變形特性則介于原狀樣和干裝法重塑樣之間。濕裝法重塑樣在初始階段的剛度高于干裝法重塑樣，接近原狀樣的初始剛度，這得益于濕裝過程中水分在顆粒間形成的水膜連接，增加了顆粒間的潤(rùn)滑和膠結(jié)作用，使得顆粒排列更加緊密。隨著應(yīng)變的增加，濕裝法重塑樣的應(yīng)力增長(zhǎng)趨勢(shì)較為平穩(wěn)，峰值強(qiáng)度略低于原狀樣，但高于干裝法重塑樣。在峰值強(qiáng)度后，濕裝法重塑樣的應(yīng)力下降相對(duì)平緩，表現(xiàn)出一定的應(yīng)變硬化特性。這說明濕裝法重塑樣的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)較好，在受力過程中能夠在一定程度上維持結(jié)構(gòu)的完整性。擾動(dòng)對(duì)飽和粉砂力學(xué)性能的影響機(jī)制主要體現(xiàn)在微觀結(jié)構(gòu)的改變上。原狀樣具有天然的顆粒排列和結(jié)構(gòu)，顆粒間的接觸緊密，孔隙結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，這種微觀結(jié)構(gòu)賦予了原狀樣較高的強(qiáng)度和抵抗變形的能力。而重塑樣在制備過程中，由于受到不同成樣方法的擾動(dòng)，顆粒間的初始結(jié)構(gòu)被破壞，重新排列形成新的結(jié)構(gòu)。干裝法擾動(dòng)較大，導(dǎo)致顆粒間接觸松散，孔隙較大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，從而使重塑樣的強(qiáng)度和剛度降低，變形增大。濕裝法雖然也對(duì)原狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了擾動(dòng)，但水分的作用在一定程度上改善了顆粒間的連接，使得濕裝法重塑樣的微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)較為穩(wěn)定，力學(xué)性能介于原狀樣和干裝法重塑樣之間。四、成樣方法對(duì)強(qiáng)度特性的影響4.1三軸固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.1.1抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算根據(jù)三軸固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，依據(jù)Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則計(jì)算不同成樣方法下粉砂的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，即黏聚力c和內(nèi)摩擦角\varphi。對(duì)于干裝法制備的粉砂試樣，在不同圍壓下進(jìn)行三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)后，通過繪制Mohr應(yīng)力圓（圖6），得到其抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線（圖7）。由抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線與縱坐標(biāo)的截距確定黏聚力c，斜率確定內(nèi)摩擦角\varphi。經(jīng)計(jì)算，干裝法粉砂試樣的黏聚力c平均值約為10kPa，內(nèi)摩擦角\varphi平均值約為30°。這表明干裝法制備的粉砂試樣，由于顆粒間接觸松散，初始結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，顆粒間的黏結(jié)作用較弱，導(dǎo)致黏聚力較低；而內(nèi)摩擦角主要取決于顆粒間的摩擦特性，干裝法下顆粒間相對(duì)容易滑動(dòng)，使得內(nèi)摩擦角處于一定水平。對(duì)于濕裝法制備的粉砂試樣，同樣按照上述方法計(jì)算抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。其抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線顯示，濕裝法粉砂試樣的黏聚力c平均值約為20kPa，內(nèi)摩擦角\varphi平均值約為35°。濕裝法由于水分在顆粒間形成水膜連接，增加了顆粒間的膠結(jié)作用，使得黏聚力明顯高于干裝法試樣；同時(shí)，水膜的潤(rùn)滑作用在一定程度上改善了顆粒間的排列，增強(qiáng)了顆粒間的咬合和摩擦，使得內(nèi)摩擦角也有所提高。成樣方法對(duì)這些指標(biāo)的影響規(guī)律明顯。干裝法下粉砂的黏聚力和內(nèi)摩擦角均相對(duì)較低，反映出其顆粒間結(jié)構(gòu)的松散和不穩(wěn)定；濕裝法通過水分的作用，增強(qiáng)了顆粒間的連接和摩擦，提高了黏聚力和內(nèi)摩擦角。這種差異在工程實(shí)踐中具有重要意義，例如在地基設(shè)計(jì)中，不同成樣方法對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)不同，會(huì)導(dǎo)致地基承載能力和穩(wěn)定性的評(píng)估結(jié)果存在差異，因此需要根據(jù)實(shí)際工程情況選擇合適的成樣方法，并準(zhǔn)確測(cè)定其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，以確保工程的安全可靠。4.1.2強(qiáng)度與變形的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度特性與變形特性之間存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系。在初始變形階段，屈服強(qiáng)度與變形密切相關(guān)。對(duì)于干裝法制備的粉砂試樣，由于其初始結(jié)構(gòu)松散，顆粒間孔隙較大，在較小的外力作用下，顆粒就開始發(fā)生相對(duì)位移，導(dǎo)致試樣產(chǎn)生較大的變形，屈服強(qiáng)度較低。當(dāng)軸向應(yīng)變達(dá)到1%-2%時(shí)，干裝法試樣就進(jìn)入屈服階段，此時(shí)對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度約為50kPa。這是因?yàn)楦裳b法下顆粒間的初始接觸力較小，抵抗變形的能力較弱，容易達(dá)到屈服狀態(tài)。而濕裝法制備的粉砂試樣，由于顆粒間水膜的膠結(jié)和潤(rùn)滑作用，初始結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密，在受力初期能夠抵抗較大的變形，屈服強(qiáng)度相對(duì)較高。當(dāng)軸向應(yīng)變達(dá)到3%-4%時(shí)，濕裝法試樣才進(jìn)入屈服階段，對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度約為80kPa。這表明濕裝法試樣在初始階段具有較高的剛度，能夠承受更大的外力才發(fā)生屈服變形。在破壞階段，破壞強(qiáng)度與應(yīng)變軟化現(xiàn)象緊密相連。干裝法試樣在達(dá)到峰值強(qiáng)度后，由于顆粒間結(jié)構(gòu)迅速破壞，顆粒間的摩擦力和咬合力急劇下降，導(dǎo)致應(yīng)力快速下降，呈現(xiàn)出明顯的應(yīng)變軟化特征。當(dāng)軸向應(yīng)變超過10%時(shí)，干裝法試樣的應(yīng)力迅速降低，殘余強(qiáng)度僅為峰值強(qiáng)度的30%-40%。這是因?yàn)楦裳b法試樣的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，在破壞時(shí)無法維持顆粒間的有效連接，導(dǎo)致強(qiáng)度大幅降低。濕裝法試樣在達(dá)到峰值強(qiáng)度后，雖然也會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力下降，但下降速度相對(duì)較慢，表現(xiàn)出一定的應(yīng)變硬化特性。這是因?yàn)闈裱b法下顆粒間的水膜連接和摩擦力在破壞過程中仍能在一定程度上維持結(jié)構(gòu)的完整性，使得強(qiáng)度下降較為平緩。當(dāng)軸向應(yīng)變達(dá)到15%-20%時(shí)，濕裝法試樣的應(yīng)力才逐漸趨于穩(wěn)定，殘余強(qiáng)度約為峰值強(qiáng)度的60%-70%。這種強(qiáng)度與變形的關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步說明了成樣方法對(duì)飽和粉砂力學(xué)性質(zhì)的重要影響，從微觀結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致了宏觀強(qiáng)度和變形特性的不同表現(xiàn)，為深入理解飽和粉砂的力學(xué)行為提供了重要依據(jù)。4.2直剪實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.2.1實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)處理直剪實(shí)驗(yàn)采用應(yīng)變控制式直剪儀，其操作流程嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范。首先，使用環(huán)刀在飽和粉砂試樣上制取尺寸標(biāo)準(zhǔn)的試樣，環(huán)刀內(nèi)徑通常為61.8mm，高度為20mm，以保證試樣的一致性和代表性。將制取好的試樣小心放置于直剪儀的剪切盒中，確保試樣與上下剪切盒緊密接觸，避免出現(xiàn)縫隙或松動(dòng)。在試樣上施加垂直壓力，本次實(shí)驗(yàn)選取的垂直壓力分別為50kPa、100kPa、150kPa和200kPa，通過砝碼或壓力控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓力的精確施加，并在施加過程中確保壓力均勻分布在試樣上。施加垂直壓力后，靜置一定時(shí)間，使試樣在垂直壓力作用下充分排水固結(jié)，以模擬土體在實(shí)際工程中的受力狀態(tài)。固結(jié)時(shí)間一般根據(jù)粉砂的滲透系數(shù)和試樣厚度確定，本實(shí)驗(yàn)中固結(jié)時(shí)間設(shè)定為1小時(shí)，以確保試樣達(dá)到基本固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)。固結(jié)完成后，以0.8mm/min的速率對(duì)下剪切盒施加水平推力，使試樣在固定的剪切面上產(chǎn)生剪切變形。在剪切過程中，使用位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試樣的水平位移，使用力傳感器測(cè)量水平剪切力，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以每秒1次的頻率記錄水平剪切力和水平位移數(shù)據(jù)。當(dāng)水平剪切力達(dá)到峰值后，繼續(xù)剪切至水平位移達(dá)到10mm時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，以獲取試樣完整的剪切破壞過程數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以得到抗剪強(qiáng)度。根據(jù)庫倫定律，抗剪強(qiáng)度\tau與法向應(yīng)力\sigma、黏聚力c和內(nèi)摩擦角\varphi之間的關(guān)系為\tau=c+\sigma\tan\varphi。通過繪制不同垂直壓力下的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線（圖8），采用最小二乘法擬合曲線，得到抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線，抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線在縱軸上的截距即為黏聚力c，斜率即為內(nèi)摩擦角\varphi的正切值，進(jìn)而計(jì)算出內(nèi)摩擦角\varphi。經(jīng)計(jì)算，干裝法制備的粉砂試樣在直剪實(shí)驗(yàn)中的黏聚力c約為8kPa，內(nèi)摩擦角\varphi約為28°；濕裝法制備的粉砂試樣黏聚力c約為15kPa，內(nèi)摩擦角\varphi約為32°。4.2.2與三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比將直剪實(shí)驗(yàn)和三軸實(shí)驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比（表1），可以發(fā)現(xiàn)兩者存在一定差異。在黏聚力方面，三軸固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)中干裝法粉砂試樣的黏聚力為10kPa，直剪實(shí)驗(yàn)中為8kPa；三軸實(shí)驗(yàn)中濕裝法粉砂試樣的黏聚力為20kPa，直剪實(shí)驗(yàn)中為15kPa。直剪實(shí)驗(yàn)所得黏聚力均低于三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這主要是因?yàn)橹奔魧?shí)驗(yàn)中剪切面是人為預(yù)先設(shè)定的，并非土體最薄弱的面，且在剪切過程中，剪切面上的應(yīng)力分布不均勻，導(dǎo)致黏聚力的發(fā)揮受到限制。而三軸實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋鎸?shí)地模擬土體的受力狀態(tài)，土體在各個(gè)方向上的應(yīng)力分布相對(duì)均勻，能夠更充分地發(fā)揮顆粒間的膠結(jié)作用，從而使得黏聚力的測(cè)量值相對(duì)較高。成樣方法實(shí)驗(yàn)類型黏聚力c(kPa)內(nèi)摩擦角\varphi(°)干裝法三軸固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)1030干裝法直剪實(shí)驗(yàn)828濕裝法三軸固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)2035濕裝法直剪實(shí)驗(yàn)1532在內(nèi)摩擦角方面，三軸實(shí)驗(yàn)中干裝法粉砂試樣的內(nèi)摩擦角為30°，直剪實(shí)驗(yàn)中為28°；三軸實(shí)驗(yàn)中濕裝法粉砂試樣的內(nèi)摩擦角為35°，直剪實(shí)驗(yàn)中為32°。直剪實(shí)驗(yàn)所得內(nèi)摩擦角也略低于三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這是由于直剪實(shí)驗(yàn)中無法嚴(yán)格控制排水條件，在剪切過程中可能會(huì)產(chǎn)生孔隙水壓力，使得有效應(yīng)力發(fā)生變化，從而影響內(nèi)摩擦角的測(cè)量。而三軸實(shí)驗(yàn)可以精確控制排水條件，能夠準(zhǔn)確測(cè)量孔隙水壓力，從而更準(zhǔn)確地反映內(nèi)摩擦角的真實(shí)值。不同實(shí)驗(yàn)方法下成樣方法對(duì)強(qiáng)度特性影響的差異主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)原理和應(yīng)力狀態(tài)的不同。直剪實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單直觀，但存在諸多局限性，如無法模擬土體的三維應(yīng)力狀態(tài)，不能測(cè)量孔隙水壓力等，導(dǎo)致其對(duì)強(qiáng)度特性的評(píng)估不夠全面和準(zhǔn)確。三軸實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋玫啬M土體在實(shí)際工程中的受力狀態(tài)，全面考慮了圍壓、孔隙水壓力等因素的影響，因此能夠更準(zhǔn)確地反映成樣方法對(duì)飽和粉砂強(qiáng)度特性的影響。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法，若對(duì)實(shí)驗(yàn)精度要求較高，且需要全面了解土體的力學(xué)性質(zhì)，三軸實(shí)驗(yàn)更為合適；若只是進(jìn)行初步的強(qiáng)度評(píng)估或?qū)?shí)驗(yàn)條件有限制，直剪實(shí)驗(yàn)則可作為一種簡(jiǎn)單快捷的方法。五、南通飽和粉砂的穩(wěn)態(tài)變形特性5.1穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度理論基礎(chǔ)靜態(tài)液化是飽和砂土在特定條件下表現(xiàn)出的一種特殊現(xiàn)象，其定義為土體在無動(dòng)荷載作用下，僅因外部荷載的變化，致使內(nèi)部孔隙水壓力急劇升高，有效應(yīng)力大幅降低，進(jìn)而抗剪強(qiáng)度喪失，呈現(xiàn)出類似流體的特征。在實(shí)際工程中，如邊坡開挖、地基加載等過程中，若飽和粉砂的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生快速變化，就可能引發(fā)靜態(tài)液化。以邊坡開挖為例，當(dāng)土體的側(cè)向約束突然減小，粉砂顆粒間的應(yīng)力重新分布，孔隙水來不及排出，孔隙水壓力迅速上升，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度急劇下降，可能引發(fā)邊坡的滑動(dòng)破壞。流動(dòng)結(jié)構(gòu)是土體在達(dá)到穩(wěn)態(tài)變形時(shí)所形成的一種顆粒排列結(jié)構(gòu)。當(dāng)土體經(jīng)歷較大變形，其初始結(jié)構(gòu)被完全破壞后，顆粒在剪切應(yīng)力作用下重新排列，形成一種穩(wěn)定的、能夠持續(xù)發(fā)生流動(dòng)變形的結(jié)構(gòu)，即為流動(dòng)結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，顆粒間的相互作用達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，土體能夠在常體積、常有效應(yīng)力、常剪切應(yīng)力和常應(yīng)變速率下持續(xù)變形。通過掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)變形的飽和粉砂試樣進(jìn)行微觀觀察，可以清晰地看到顆粒呈定向排列，顆粒間的接觸點(diǎn)和接觸方式相對(duì)穩(wěn)定，形成了一種有利于顆粒間相對(duì)滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)，這就是典型的流動(dòng)結(jié)構(gòu)特征。穩(wěn)態(tài)線是描述土體在穩(wěn)態(tài)變形狀態(tài)下，有效應(yīng)力與孔隙比之間關(guān)系的曲線。在p'-e坐標(biāo)系（其中p'為有效平均主應(yīng)力，e為孔隙比）中，穩(wěn)態(tài)線通常呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。對(duì)于南通飽和粉砂而言，通過一系列的三軸試驗(yàn)，獲取不同圍壓下達(dá)到穩(wěn)態(tài)變形時(shí)的有效應(yīng)力和孔隙比數(shù)據(jù)，繪制出穩(wěn)態(tài)線（圖9）。研究發(fā)現(xiàn)，南通飽和粉砂的穩(wěn)態(tài)線在低圍壓下，隨著有效應(yīng)力的增加，孔隙比逐漸減小，曲線較為平緩；在高圍壓下，孔隙比隨有效應(yīng)力的變化更為敏感，曲線斜率增大。穩(wěn)態(tài)線的唯一性一直是學(xué)術(shù)界討論的焦點(diǎn)，部分學(xué)者認(rèn)為在不同的試驗(yàn)條件下，土體可能存在多條穩(wěn)態(tài)線，這給基于穩(wěn)態(tài)線的工程應(yīng)用帶來了一定的困難。然而，也有研究表明，通過嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，如試樣的制備方法、排水條件等，土體的穩(wěn)態(tài)線具有較好的唯一性。對(duì)于南通飽和粉砂，在本研究嚴(yán)格控制的試驗(yàn)條件下，得到的穩(wěn)態(tài)線具有較好的重復(fù)性和唯一性，為后續(xù)的工程應(yīng)用提供了可靠的依據(jù)。準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度是指在松砂三軸不排水試驗(yàn)中，偏應(yīng)力達(dá)到峰值后迅速降低至最小值，然后保持一段暫時(shí)穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。在這個(gè)階段，土體的結(jié)構(gòu)處于一種相對(duì)穩(wěn)定但又不同于穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)，其內(nèi)部顆粒的重排列和孔隙水壓力的變化較為復(fù)雜。與穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度相比，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度通常小于穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度。在對(duì)南通飽和粉砂進(jìn)行三軸不排水試驗(yàn)時(shí)，觀察到部分松砂試樣在偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，出現(xiàn)了明顯的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)階段。當(dāng)偏應(yīng)力達(dá)到峰值后，由于顆粒間結(jié)構(gòu)的局部破壞，偏應(yīng)力迅速下降，隨后在一定應(yīng)變范圍內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度即為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度。而當(dāng)應(yīng)變繼續(xù)增加，土體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步調(diào)整，最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)變形，此時(shí)的強(qiáng)度為穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度。關(guān)于采用何種穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度作為判別土體能否發(fā)生失穩(wěn)流動(dòng)破壞的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，目前尚無定論。一些學(xué)者認(rèn)為應(yīng)采用穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度作為判別標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榉€(wěn)態(tài)是土體變形的最終穩(wěn)定狀態(tài)；而另一些學(xué)者則認(rèn)為，在實(shí)際工程中，土體往往在達(dá)到穩(wěn)態(tài)之前就可能發(fā)生破壞，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度更能反映土體在實(shí)際受力過程中的強(qiáng)度特性，因此也可作為判別依據(jù)。對(duì)于南通飽和粉砂，在評(píng)估其穩(wěn)定性時(shí)，需要綜合考慮準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度和穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度，并結(jié)合實(shí)際工程情況，如荷載條件、土體的初始狀態(tài)等，選擇合適的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析5.2.1實(shí)驗(yàn)概況為深入研究南通飽和粉砂的穩(wěn)態(tài)變形特性，本實(shí)驗(yàn)精心選取了干裝法和濕裝法這兩種具有代表性的成樣方法。干裝法制備試樣時(shí)，將干燥的粉砂緩慢倒入模具，通過輕敲模具使粉砂顆粒逐漸密實(shí)，以形成初始結(jié)構(gòu)相對(duì)松散的試樣。濕裝法制備試樣時(shí)，先將粉砂與適量的水充分混合，使粉砂達(dá)到飽和狀態(tài)，然后將混合均勻的粉砂緩慢倒入模具，通過真空抽氣等方式排出氣泡，使粉砂顆粒在水分的作用下形成相對(duì)緊密的結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)工況設(shè)置方面，圍壓設(shè)定為50kPa、100kPa和150kPa這三個(gè)水平，以模擬不同的工程實(shí)際受力情況。在低圍壓50kPa下，可模擬一些淺層地基的受力狀態(tài)；100kPa圍壓可近似模擬一般建筑物地基的常見受力水平；150kPa圍壓則用于模擬一些對(duì)地基承載能力要求較高的工程，如大型橋梁基礎(chǔ)等的受力狀態(tài)。排水條件分為排水和不排水兩種情況。排水條件下，在試樣頂部和底部鋪設(shè)透水石，確保在試驗(yàn)過程中孔隙水能夠自由排出，以研究飽和粉砂在排水條件下的變形特性；不排水條件下，采用不透水的膜將試樣包裹，阻止孔隙水的排出，以此探究飽和粉砂在不排水情況下的力學(xué)響應(yīng)。通過這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，能夠全面研究不同成樣方法、圍壓以及排水條件對(duì)南通飽和粉砂穩(wěn)態(tài)變形特性的影響，為深入理解其力學(xué)行為提供豐富的數(shù)據(jù)支持。5.2.2穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度選取與變形特性在三軸試驗(yàn)中，通過對(duì)不同成樣方法、圍壓和排水條件下的偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線以及孔隙水壓力-應(yīng)變曲線進(jìn)行深入分析，來確定穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度。對(duì)于干裝法制備的試樣，在不排水條件下，當(dāng)軸向應(yīng)變達(dá)到15%-20%時(shí)，偏應(yīng)力和孔隙水壓力基本保持穩(wěn)定，此時(shí)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度即為穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度。例如，在圍壓為100kPa時(shí)，干裝法試樣的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度約為100kPa。這是因?yàn)樵诓慌潘畻l件下，隨著剪切變形的增加，孔隙水無法排出，孔隙水壓力逐漸上升，有效應(yīng)力降低，當(dāng)達(dá)到一定應(yīng)變后，顆粒間的結(jié)構(gòu)調(diào)整達(dá)到平衡，使得偏應(yīng)力和孔隙水壓力趨于穩(wěn)定。濕裝法制備的試樣，在不排水條件下，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的應(yīng)變相對(duì)較小，約為10%-15%，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度相對(duì)較高。在相同圍壓100kPa下，濕裝法試樣的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度可達(dá)130kPa左右。這得益于濕裝法下顆粒間較為緊密的結(jié)構(gòu)和水膜的膠結(jié)作用，使得試樣在較小的應(yīng)變下就能達(dá)到穩(wěn)態(tài)，且具有較高的強(qiáng)度。在排水條件下，干裝法和濕裝法試樣達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的應(yīng)變均相對(duì)較大，干裝法試樣約為20%-25%，濕裝法試樣約為15%-20%。這是因?yàn)榕潘畻l件下，孔隙水能夠及時(shí)排出，顆粒間的有效應(yīng)力逐漸增加，顆粒需要經(jīng)歷更大的變形才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)。在圍壓為150kPa時(shí)，干裝法試樣的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度約為120kPa，濕裝法試樣的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度約為150kPa。達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，不同成樣方法下飽和粉砂的變形特征存在明顯差異。干裝法試樣的孔隙水壓力在達(dá)到穩(wěn)態(tài)前增長(zhǎng)較快，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后基本保持穩(wěn)定；濕裝法試樣的孔隙水壓力增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，且在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的孔隙水壓力值相對(duì)較低。在圍壓為50kPa的不排水試驗(yàn)中，干裝法試樣在軸向應(yīng)變達(dá)到10%時(shí)，孔隙水壓力已接近圍壓，而濕裝法試樣在軸向應(yīng)變達(dá)到10%時(shí)，孔隙水壓力僅為圍壓的60%左右。在應(yīng)變方面，干裝法試樣達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的應(yīng)變較大，表明其結(jié)構(gòu)在受力過程中更容易發(fā)生破壞和調(diào)整；濕裝法試樣達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的應(yīng)變較小，說明其結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，抵抗變形的能力較強(qiáng)。這些變形特征的差異，進(jìn)一步驗(yàn)證了成樣方法對(duì)飽和粉砂穩(wěn)態(tài)變形特性的顯著影響，為工程實(shí)踐中準(zhǔn)確評(píng)估飽和粉砂地基的穩(wěn)定性提供了重要依據(jù)。六、結(jié)論與展望6.1研究結(jié)論通過一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖覂?nèi)試驗(yàn)和深入的數(shù)據(jù)分析，本研究全面揭示了成樣方法對(duì)南通飽和粉砂變形及強(qiáng)度特性的影響規(guī)律。在變形特性方面，不同成樣方法制備的飽和粉砂試樣表現(xiàn)出顯著差異。干裝法制備的試樣，因其顆粒間接