图2-6表示的常规三轴压缩试验的一般结果其中实线表示密实砂土或超固结粘土虚线表示松砂或正常固结粘土。从图2-6(a)可以看出正常固结粘土和松砂的应力随应变增加而增加但增量速率越来越慢最后趋于稳定而在密砂和超固结粘土的试验曲线中应力一般是开始时随应变增加而增加达到一个峰值后应力应变变得趋于下降最后趋于稳定。在塑性理论中前者称为应变硬化或加工硬化后者称为应变软化或加工软化。应变软化过程实际上是一种不稳定过程常伴随着应变的局部化——剪切带的出现其应力应变曲线对一些影响因素比较敏感。一、在应力–应变曲线上的表现1️⃣ 剪应力–剪应变曲线τ–γ峰前阶段剪应力随剪应变近似线性或非线性增加体积变化不明显或轻微压密裂隙闭合接近峰值强度时曲线开始出现非线性拐折剪应变继续增长但需要伴随额外的体积变形剪胀开始显著发展峰值强度之后软化阶段剪应力下降应变软化剪应变快速增长剪胀效应最为明显破裂带形成二、在体积应变–剪应变关系上的表现2️⃣ 体积应变–剪应变曲线εᵥ–γ——最直观这是剪胀性的核心表征。dεᵥ / dγ 0即为发生剪胀初期剪切εᵥ 0体积压缩微裂隙闭合、颗粒重新排列剪胀起始点Dilatancy Onsetεᵥ 达到最小值随后由负转正显著剪胀阶段εᵥ 随 γ 快速增大表现为体积膨胀常发生在峰值强度附近或之后三、p–q 应力空间的基本定义判读基础在三轴条件下通常定义案例1Yuanqiang Cai2018图2.有效应力路径(a) 各向同性正常固结试样和(b) 各向同性超固结试样。上图各向同性正常固结和超固结试样的有效应力路径分别如图12(a)和(b)所示。每个图中均标出了破坏线。对于正常固结黏土图12(a)显示各有效应力路径形态基本相似。在剪切过程中平均有效主应力在试验初期小幅上升随后逐渐降低直至路径抵达破坏线。该破坏线斜率约为1.25。上图理解p–q 应力路径与体积变化的对应关系1️⃣ 剪缩阶段体积压缩εᵥ 0p–q 特征q ↑p ↑同步上升物理机制裂隙闭合孔隙压密颗粒重排应力路径表现路径向右上方移动2️⃣ 剪胀起始点Dilatancy Onsetp–q 特征q 继续增加p 达到最大值后开始趋缓物理机制微裂隙开始张开剪切面形成体积应变由负趋近于零3️⃣ 剪胀阶段体积膨胀εᵥ 0p–q 特征q ↑ 或保持高值p ↓ 或保持不变物理机制裂隙张开剪切带扩展岩体结构“撑开”应力路径表现路径向左上方或近似竖直发展4️⃣ 峰后软化与临界状态q 达峰后下降或趋于稳定p 变化不大εᵥ → 常数临界状态对应剪切带完全形成、持续滑移四、用 p–q 路径定量判断剪胀性的工程判据1️⃣ 判据 1p 的导数符号2️⃣ 判据 2应力路径相对破坏包线的位置剪胀岩石在接近或达到Mohr–Coulomb / 临界状态线后p 不再增加甚至下降剪缩岩石始终沿包线方向右上推进参考[1] 砂土剪胀理论1状态相关[2] Effect of anisotropic consolidation stress paths on the undrained shear behavior of reconstituted Wenzhou clay