應力路徑

定義與背景

TW.Lambe於1967年明確提出應力路徑概念。

概念提出的背景是：土不是彈性材料,它的性狀不象彈性體那樣決定於初始與終了應力水平(指彈性限度範圍以內的情況),而同時要看它達到終了應力與應變狀態所經歷的途徑以及它原來的應力歷史。理論與實踐均證明,土體在受力條件下,它的有效應力、孔隙水壓力、強度與變形等特徵無不由其應力路徑所支配。

將這種應力途徑與應力歷史繪在應力平面或應力空間坐標中得到的曲線就叫做應力路徑。

應力路徑是描述土體在外力作用下應力變化情況或過程的一種方法。對於同一種土，當採用不同的試驗手段和不同的加荷方法使之剪下破壞時，其應力變化的過程是不同的，相應的土的變形與強度特性也將出現很大的差異。通過土的應力路徑可以模擬土體實際的應力歷史，對全面研究應力變化過程對土的力學性質的影響，進而在土體的變形和強度分析中反映土的應力歷史條件等具有十分重要的意義。

60年代的後半期，英國劍橋大學的土力學者們套用應力路徑概念，將土的固結、壓縮、屈服與破壞等一系列本質現象連繫起來研究。創立了土力學的新分支—臨界狀態土力學

三軸壓縮試驗

試驗設備

三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統、施加周圍壓力系統、孔隙水壓力量測系統等組成。如圖1所示，壓力室是三軸壓縮儀的主要組成部分，它是一個有金屬上蓋、底座和透明有機玻璃圓筒組成的密閉容器。

試驗方法

將土切成圓柱體套在橡膠膜內，放在密封的壓力室中，然後向壓力室內充水，使試件在各向受到周圍壓力

，並使液壓在整個試驗過程中保持不變，這時試件內各向的三個主應力都相等，因此不產生剪應力（圖2a）。然後再通過傳力桿對試件施加豎壓力，這樣，豎向主壓力就大於水平向主壓力，當水平向主壓力保持不變，而豎向主壓力逐漸增大時，試件終於受剪而破壞（圖2b）。設剪下破壞時由傳力桿加在試件上的豎向壓應力增量為

，則試件上的大主應力為

，而小主應力為

，以（

）為直徑可畫出一個極限應力圓，如圖2c中圓A，用同一種土樣的若干個試件（三個及三個以上）按上述方法分別進行試驗，每個試件施加不同的周圍壓力

，可分別得出剪下破壞時的大主應力

，將這些結果繪成一組極限應力圓，如圖2c中的圓A、B和C。由於這些試件都剪下至破壞，根據莫爾-庫倫理論，作一組極限應力圓的公共切線，為土的抗剪下強度包線，通常近似取為一條直線，該直線與橫坐標的夾角為土的內摩擦角φ，直線與縱坐標的截距為土的粘聚力c。

如果量測試驗過程中的孔隙水壓力，可以打開孔隙水壓力閥，在試件上施加壓力以後，由於土中孔隙水壓力增加迫使零位指示器的水銀面下降。為量測孔隙水壓力，可以調壓筒調整零位指示器的水銀面始終保持原來的位置，這樣，孔隙水壓力表中的讀數就是孔隙水壓力值。如要量測試驗過程中的排水量，可打開排水閥門，讓試件中的水排入量水管中，根據量水管中水位的變化可算出在試驗過程中的排水量。