交通、波浪等荷载作用下的土体中会发生主应力轴旋转,主应力轴旋转应力路径与常规三轴试验路径不同,土体相应的响应存在显著差异。本文在前人研究基础上,用浙江大学空心圆柱扭剪仪(ZJU-HCA)对杭州原状和重塑粘土进行了对比试验研究。本文研究内容及结论如下：首先设定两组原状软粘土试样预设相同的应力路径,对相同应力路径下应力应变曲线进行比较,结果发现：(1)实际试验中恒定的剪应力9或主应力轴偏转角α应力路径可以得到有效实施,数据波动幅度很小,准确度很高；(2)相同应力路径下,两组试样试验得到的轴向应力应变和环向应力应变曲线非常接近,扭剪应变和环向应变变化幅度也很小,最大差值仅为0.03%；(3)试样的各应变分量变化与对应应力分量的变化相符合,应变分量变化合理。这些结果说明仪器性能可靠,试验重复性好,可比度高,测试结果准确。对杭州原状粘土开展固结不排水定向剪切和纯主应力轴旋转试验,试验中保持平均主应力p=150kPa和中主应力系数b=0.5,探讨初始剪应力对纯主应力轴旋转下各应变分量、广义剪应变、剪切模量和孔压开展的影响。试验结果表明：(1)径向应变、环向应变、轴向应变和扭剪应变的变化特征及初始剪应力大小对各应变分量开展的影响与前期研究成果吻合；(2)土体经受前期主应力轴旋转使后期主应力轴旋转产生的广义剪应变显著增加,且剪切模量降低；(3)根据双重屈服面理论推导了纯主应力轴旋转下的孔压系数表达式,发现孔压系数受土体弹性体积变形模量和体积屈服面函数影响,结合孔压线性拟合结果发现,若初始剪应力低于峰值剪应力,体积屈服面函数不受主应力轴旋转影响；当初始剪应力接近峰值剪应力,主应力轴旋转下试样的孔压上升速率相对较高。论文重点对杭州重塑粘土开展固结不排水定向剪切试验,参与了室内重塑粘土真空抽吸固结筒的研制,研究了不同初始应力状态对重塑粘土应力应变、孔压和强度特性的影响。结果表明：(1)重塑粘土的轴向应力应变和环向应力应变变化模式主要受主应力轴偏转角控制,轴向应变和环向应变以主应力轴偏转角等于45°为界向正负向变化；相比而言,径向应力应变和扭剪应力应变变化模式受主应力轴偏转角影响小,径向应变和扭剪应变未出现正负向变化特点；(2)不同中主应力系数对重塑粘土的孔压和强度变化有一定的影响,但主应力轴偏转角对孔压开展模式及强度变化影响小；(3)研究发现以广义剪应力峰值,或稳定孔压作为判别重塑粘土的破坏标准都不合适,通过对土体达到规定广义剪应变时土体强度发挥度的研究,建议取广义剪应变等于8%时的强度作为重塑粘土的破坏强度。为进一步加深主应力轴旋转下粘土原生和次生各向异性关系的认识,对相似应力路径下原状粘土与重塑粘土的试验结果进行了对比,结果表明：(1)次生各向异性主要影响粘土应力应变和孔压开展模式,其中轴向应力应变、环向应力应变和孔压开展模式主要受次生各向异性控制；相比之下,次生各向异性对径向应力应变、扭剪应力应变、广义剪应力应变的开展模式影响小；(2)原生各向异性对各应力分量开展范围和幅值大小及强度变化有显著影响,其中原状粘土的各应力幅值变化量变化范围和幅值大小都明显高于重塑粘土,原状粘土的强度变化受原生各向异性影响大,但重塑粘土在不同主应力轴偏转角上的归一化强度变化不大。论文还对相似应力路径下重塑砂土和重塑粘土的试验结果进行了比较,旨在研究相似应力路径下不同土体的响应,结果表明：(1)相似应力路径下重塑砂土和重塑粘土的孔压开展模式存在显著区别,砂土有明显的相变点,粘土则没有；(2)重塑砂土和重塑粘土的应力应变曲线也存在较大的差别,砂土存在明显的应变软化和硬化现象,而粘土仅表现应变硬化特征。
