Page 64 - 2024年第55卷第7期

验，发现正常固结土和超固结土的孔压均随升温而增大，但超固结比越高，其受温度影响越小；费康
等 ［１４］ 对饱和黏土进行不同温度下的固结不排水三轴剪切试验，发现峰值抗剪强度随温度升高而增大。
在本构理论研究方面，Ｈｕｅｃｋｅｌ等 ［１５］ 提出了热弹性应变公式和热塑性屈服函数，将其与临界状态
本构模型结合，针对饱和土和页岩建立了热塑性本构模型；Ｍｏｄａｒｅｓｓｉ等 ［１６］ 通过考虑屈服面和硬化参
数随温度的变化规律，建立了黏土的热黏塑性本构模型；Ｃｕｉ等 ［１７］ 提出了热屈服函数，并考虑温度对
不同超固结度 黏 土 的 影 响，在 修 正 剑 桥 模 型 基 础 上 建 立 了 饱 和 黏 土 的 热 力 耦 合 弹 塑 性 本 构 模 型；
Ｇｒａｈａｍ等 ［９］ 以修正剑桥模型为理论框架，将弹性体积模量和塑性体积硬化定律均表示为超固结度和
温度的函数，采用相关联流动法则，建立了能够反映温度影响以及超固结度影响的本构模型；Ａｂｕｅｌ －
Ｎａｇａ 等 ［１８］ 根据原状饱和曼谷黏土的试验数据，采用一个和温度相关的参数来调整塑性势面形状，使
其可以反映温度对各向异性的影响，建立了热弹塑性本构模型；姚仰平等 ［１９］ 基于真强度概念并结合潜
在强度的确定方法推导出不同温度下饱和黏土临界状态应力比的理论计算公式，并考虑温度对超固结
土前期固结压力的影响，建立了考虑温度影响的统一硬化模型；孔令明等 ［２０ － ２１］ 在率相关统一硬化模型
的一维应力－ 应变－ 时间关系基础上，引入温度变化对土体积的影响，提出了一维应力 － 应变 － 时间 － 温
度关系，并将其扩展到三轴应力空间，建立了超固结土的热黏弹塑性本构模型。以上研究揭示和描述
了温度对饱和黏土体积、刚度、强度以及准前期固结压力等力学指标的影响，对分析与温度相关的岩
土工程的安全和稳定性具有重要意义。
Ｋ系数（又称静止土压力系数或侧限压缩系数）是土在侧限条件下固结后的水平应力与竖向应力之
０
比。Ｋ系数是一个重要的岩土参数，分析 Ｋ系数的变化规律和影响因素对确定地基应力状态、土压
０
０
力、工程造价和结构安全可靠性至关重要 ［２２］ 。本研究以饱和的标准砂 － 膨润土混合土样为研究对象，
开展不同温度下的侧限压缩试验，获得 Ｋ系数随温度的变化规律；根据试验结果，推导分析弹塑性屈
０
服面偏转度和温度的关系，将其引入统一硬化本构模型理论框架，建立考虑温度对 Ｋ系数影响的弹塑
０
性本构模型，并模拟室内温控土力学试验，验证了模型的有效性。

２ 温控侧限压缩试验

基于自主研发的温控侧限压缩仪，在不同温度下对饱和标准砂 － 膨润土混合土样进行多级加载侧
限压缩试验，研究 Ｋ系数随温度的变化规律。
０
２．１ 试样制备 标准砂和膨润土分别是典型的砂土和黏土，其性质较为单一，以其作为试验对象便于
３
剔除复杂因素的干扰。本研究采用中国厦门产 ＩＳＯ标准砂，其最大干密度 １．９０ｇ?ｃｍ ，最小干密度
３
１．５８ｇ?ｃｍ 。采用辽宁产钠基膨润土，其主要物理性质指标见表 １。将烘干后的标准砂和膨润土以 ８５％
和 １５％的质量百分数混合，制成混合土样。混合土样的液限为 ３９．０３％，塑限为 １９．０５％，两种土的颗
粒级配曲线如图 １所示。
表 １ 膨润土物理性质指标

指标名称 指标值
膨胀指数 ２５．０ｍｌ?２ｇ
阳离子交换量 ６２．１ｃｍｏｌ?ｋｇ

比重 ２．７１
液限 １５３．４％
塑限 ２６．８％
塑性指数 １２７．９
图 １ 颗粒级配曲线
在混合土样中加入适量蒸馏水并搅拌均匀，使用分层击实法将其制成直径 ６１．８ｍｍ、高 １２０ｍｍ的
３
圆柱试样。试样干密度为 １．５０ｇ?ｃｍ 。使用真空饱和法对试样进行饱和，持续 １４ｄ，使试样饱和度达
６
— ８ １ —