關(guān)鍵字：土力學(xué)、應(yīng)力路徑、soil mechanics、stress path、bishop Wesley、GDS
一、應(yīng)力路徑概述
應(yīng)力路徑是描述土體在外力作用下應(yīng)力變化情況或過程的一種方法。
對于同一種土，當(dāng)采用不同的試驗手段和不同的加荷方法使之剪切破壞時，其應(yīng)力變化的過程是不同的，相應(yīng)的土的變形與強度特性也將出現(xiàn)很大的差異。
通過土的應(yīng)力路徑可以模擬土體實際的應(yīng)力歷史，對全面研究應(yīng)力變化過程對土的力學(xué)性質(zhì)的影響，進(jìn)而在土體的變形和強度分析中反映土的應(yīng)力歷史條件等具有十分重要的意義。
二、試驗類型
? 各向等壓（靜水壓縮）（HC，Hydrostatic compression）試驗
? 常規(guī)三軸壓縮（CTC：Conventional triaxial compression）試驗
? 常規(guī)三軸伸長（CTE：Conventional Triaxial Extension）試驗
? 平均主應(yīng)力p 為常數(shù)的三軸壓縮（TC：Triaxial compression）試驗
? 三軸伸長（TE：Triaxial extension）試驗
? 減壓的三軸壓縮（RTC：Reduced triaxial compression）試驗
? 減載的三軸伸長（RTE：Reduced triaxial extension）試驗
? 等比加載（PL：Proportional loading ）試驗
1.各向等壓（靜水壓縮）（HC，Hydrostatic compression）試驗
在這種試驗中，在三軸壓力室中用靜水壓力通過橡皮膜向試樣施加室壓。這時試樣應(yīng)力狀態(tài)為σ1 =σ2 =σ3 =σc 。不斷增加室壓，同時量測試樣的體積變化。
這種試驗中隨著圍壓的增加，同樣應(yīng)力增量引起的體應(yīng)變增量越來越小，這是由于土逐漸被壓密的結(jié)果，常被稱為土的壓硬性。
在卸載時試樣發(fā)生回彈，再加載的曲線并不完全與卸載曲線重合，產(chǎn)生滯回圈。
2.常規(guī)三軸壓縮（CTC：Conventional triaxial compression）試驗
有時也簡稱為三軸試驗。在這種試驗中，一般試樣是首先等向固結(jié)（HC）到一定圍壓σc ，然后保持不變，增加軸向應(yīng)力直至破壞。
3.常規(guī)三軸伸長（CTE：Conventional Triaxial Extension）試驗
在這種試驗中，試樣一般首先被等向固結(jié)，然后在保持軸向應(yīng)力不變的情況下，逐漸增加室壓使 σ1 =σ2 =σc , σ3 =σa ,試樣被擠長，所以有時也被稱為“擠長試驗”。
這種試驗中，軸向加載活塞與試樣帽之間要有一定連接。盡管試樣帽上部施加的是拉力，但試樣帽下部受壓，實際上σa 仍然是正值。
4.平均主應(yīng)力p為常數(shù)的三軸壓縮（TC：Triaxial compression）和三軸伸長（TE：Triaxial extension）試驗
保持平均主應(yīng)力p=常數(shù)，所以在TC 試驗中軸向為大主應(yīng)力σ1 =σa ,在σa 增加同時，圍壓σc 減少：Δσc = ?Δσa/ 2，從而使 p 保持不變。然后試樣被壓縮而破壞。
在TE試驗中，軸向應(yīng)力3σ =σa 為小主應(yīng)力，在減小軸向應(yīng)力的同時，增加室壓cσ ，使Δσa = ?2Δσc ，使P保持不變。試樣被擠長，然后伸長破壞。
5.減壓三軸壓縮（RTC：Reduced triaxial compression）試驗
試樣一般首先在一定應(yīng)力狀態(tài)下固結(jié)，試驗中軸向應(yīng)力為大主應(yīng)力 σ1 =σa ，并保持不變，圍壓cσ逐漸減小，即Δσ2= Δσ3= Δσc<0。
試樣由于圍壓減小而被軸向壓縮，對于粘土，當(dāng)初始c σ足夠大時，試樣可被壓縮破壞。對于砂土則與初始圍壓大小無關(guān)，都會發(fā)生減壓壓縮破壞。
6.減載的三軸伸長（RTE：Reduced triaxial extension）試驗
試樣首先在σc下等向壓縮固結(jié)，然后保持室壓σc 不變，軸向σa減小，即Δσ3 =Δσa<0 ，Δσ1=Δσ2 =Δσc=0 ，試樣被軸向伸長，可達(dá)到破壞。由于室壓不變，試樣伸長，所以這種試驗也被稱為三軸伸長試驗。
試樣中實際上存在拉應(yīng)力，可引起拉伸破壞。
7.等比加載（PL：Proportional loading ）試驗
用三軸試驗可進(jìn)行等比加載壓縮試驗。一般情況是：σa /σc = Δσa/ Δσc =k ，其中 k 一般為不小于1.0 的常數(shù)。等比加載試驗中普遍的是靜水壓縮試驗（HC，k=1.0）和 ka 固結(jié)試驗（ k = 1/ k0 ）。
在這類試驗中，試樣總是加載壓縮（Δεv> 0 ）和卸載回彈（Δεv< 0 ）的。
三、應(yīng)力路徑應(yīng)用
應(yīng)力路徑法是一種靈活的工具，能反應(yīng)各種載重方式，各種排水條件，荷重的各種階段（包括歷史的）以及土體中不同平面的應(yīng)力狀態(tài)，所以能被廣泛使用：
1. 探索透析土的某些基本力學(xué)性質(zhì)
2. 應(yīng)用于需要應(yīng)力、應(yīng)變和強度聯(lián)合研究的場合
3. 室內(nèi)模擬土的原位應(yīng)力變化，進(jìn)行實驗，測定某些需要的指標(biāo)，供工程計算使用
在工程上具體應(yīng)用的實例：
挖基坑過程
隨著開挖深度的增加，基坑壁橫向壓力減小，豎向不變
建筑過程地基受力
隨著建筑高度增加，地基受力不斷增加
循環(huán)應(yīng)力
海浪拍打堤壩
四、應(yīng)力路徑試驗系統(tǒng)
更簡單的應(yīng)力路徑試驗系統(tǒng)
Bishop Wesley試驗系統(tǒng)：? 應(yīng)力控制 ? 模擬各種應(yīng)力路徑過程 ? 小型化 ? 軟件全自動控制
軟件
應(yīng)力路徑
?p VS q 曲線
體系
應(yīng)力路徑
? p q Cambridge
? s t MIT
德國wille應(yīng)力路徑三軸儀是一套高質(zhì)量的全自動應(yīng)力路徑三軸試驗系統(tǒng)，由一個控制試件應(yīng)力的Bishop&Wesley三軸室，三個體積壓力控制器（VPC），一個測量軸向荷載的內(nèi)置水下荷載傳感器，一個測量孔隙水壓力的壓力傳感器，一個測量垂直位移的線性位移傳感器構(gòu)成。應(yīng)力路徑三軸儀集成了軟件和鍵盤的體積壓力控制器，設(shè)備的操作非常人性化?？筛鼡Q的、預(yù)校準(zhǔn)過的傳感器，可確保寬泛的測量范圍同時具有很高精度。所有測試都在PC控制下運行，如應(yīng)力路徑、K0、慢循環(huán)加載等。
應(yīng)力路徑三軸儀系統(tǒng)需要3個高質(zhì)量體積壓力控制器，用于軸向負(fù)載（底部壓力室）、圍壓和反壓。圍壓和反壓可替換為雙通道 APC（氣動控制器），如需要還可升級為3通道進(jìn)行非飽和測試。應(yīng)力路徑三軸儀配備了先進(jìn)的GEOsys軟件，用戶可以完全自動運行所有測試階段，在測試過程中不需要操作員的干預(yù)，應(yīng)力路徑三軸儀設(shè)備符合或超過所有國際標(biāo)準(zhǔn)的要求，包括 ASTM、BS、EN、DIN 等本文件列出的部分。
試驗方法(部分試驗需要額外訂購組件）：應(yīng)力路徑、固結(jié)試驗、飽和度B值測試、UU, CD , CU 三軸、K0試驗、多級加載試驗、滲透試驗、孔隙水體積變化試驗
產(chǎn)品特點
? 可放置于桌面的系統(tǒng)
? 試件安裝和處理簡單
? 試件尺寸可達(dá)100mm
? 圍壓可達(dá) 2MPa/10MPa/20Mpa
? 軸向載荷可從7kN到50kN
? 微處理器控制的高精度加載
? 通過帶有控制軟件的 PC 直接操作設(shè)備（可提供通信協(xié)議）
? 通過軟件使用外部或內(nèi)部位移傳感器進(jìn)行位移閉環(huán)控制
? 用于將數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)?PC 的以太網(wǎng)端口
? 兼容LABVIEW?
? 用于測量和閉環(huán)控制軸向載荷的水下荷載傳感器，摩擦影響非常小
? 實時數(shù)據(jù)和圖形顯示
? 根據(jù)選定的終止條件全自動調(diào)整加載階段
? 使用準(zhǔn)確位移傳感器進(jìn)行沉降控制
? 通過PC控制全自動測試程序并進(jìn)行監(jiān)控，能夠12套裝置同時獨立
了解更多產(chǎn)品信息，獲取產(chǎn)品資料，歡迎垂詢TIPTOP卓致力天
服務(wù)熱線 | 400-633-0508 郵箱：tiptop@tiptoptest.com