关键字：土力学、应力路径、soil mechanics、stress path、bishop Wesley、GDS
一、应力路径概述
应力路径是描述土体在外力作用下应力变化情况或过程的一种方法。
对于同一种土，当采用不同的试验手段和不同的加荷方法使之剪切破坏时，其应力变化的过程是不同的，相应的土的变形与强度特性也将出现很大的差异。
通过土的应力路径可以模拟土体实际的应力历史，对全面研究应力变化过程对土的力学性质的影响，进而在土体的变形和强度分析中反映土的应力历史条件等具有十分重要的意义。
二、试验类型
• 各向等压（静水压缩）（HC，Hydrostatic compression）试验
• 常规三轴压缩（CTC：Conventional triaxial compression）试验
• 常规三轴伸长（CTE：Conventional Triaxial Extension）试验
• 平均主应力p 为常数的三轴压缩（TC：Triaxial compression）试验
• 三轴伸长（TE：Triaxial extension）试验
• 减压的三轴压缩（RTC：Reduced triaxial compression）试验
• 减载的三轴伸长（RTE：Reduced triaxial extension）试验
• 等比加载（PL：Proportional loading ）试验
1.各向等压（静水压缩）（HC，Hydrostatic compression）试验
在这种试验中，在三轴压力室中用静水压力通过橡皮膜向试样施加室压。这时试样应力状态为σ1 =σ2 =σ3 =σc 。不断增加室压，同时量测试样的体积变化。
这种试验中随着围压的增加，同样应力增量引起的体应变增量越来越小，这是由于土逐渐被压密的结果，常被称为土的压硬性。
在卸载时试样发生回弹，再加载的曲线并不完全与卸载曲线重合，产生滞回圈。
2.常规三轴压缩（CTC：Conventional triaxial compression）试验
有时也简称为三轴试验。在这种试验中，一般试样是首先等向固结（HC）到一定围压σc ，然后保持不变，增加轴向应力直至破坏。
3.常规三轴伸长（CTE：Conventional Triaxial Extension）试验
在这种试验中，试样一般首先被等向固结，然后在保持轴向应力不变的情况下，逐渐增加室压使 σ1 =σ2 =σc , σ3 =σa ,试样被挤长，所以有时也被称为“挤长试验”。
这种试验中，轴向加载活塞与试样帽之间要有一定连接。尽管试样帽上部施加的是拉力，但试样帽下部受压，实际上σa 仍然是正值。
4.平均主应力p为常数的三轴压缩（TC：Triaxial compression）和三轴伸长（TE：Triaxial extension）试验
保持平均主应力p=常数，所以在TC 试验中轴向为大主应力σ1 =σa ,在σa 增加同时，围压σc 减少：Δσc = −Δσa/ 2，从而使 p 保持不变。然后试样被压缩而破坏。
在TE试验中，轴向应力3σ =σa 为小主应力，在减小轴向应力的同时，增加室压cσ ，使Δσa = −2Δσc ，使P保持不变。试样被挤长，然后伸长破坏。
5.减压三轴压缩（RTC：Reduced triaxial compression）试验
试样一般首先在一定应力状态下固结，试验中轴向应力为大主应力 σ1 =σa ，并保持不变，围压cσ逐渐减小，即Δσ2= Δσ3= Δσc<0。
试样由于围压减小而被轴向压缩，对于粘土，当初始c σ足够大时，试样可被压缩破坏。对于砂土则与初始围压大小无关，都会发生减压压缩破坏。
6.减载的三轴伸长（RTE：Reduced triaxial extension）试验
试样首先在σc下等向压缩固结，然后保持室压σc 不变，轴向σa减小，即Δσ3 =Δσa<0 ，Δσ1=Δσ2 =Δσc=0 ，试样被轴向伸长，可达到破坏。由于室压不变，试样伸长，所以这种试验也被称为三轴伸长试验。
试样中实际上存在拉应力，可引起拉伸破坏。
7.等比加载（PL：Proportional loading ）试验
用三轴试验可进行等比加载压缩试验。一般情况是：σa /σc = Δσa/ Δσc =k ，其中 k 一般为不小于1.0 的常数。等比加载试验中普遍的是静水压缩试验（HC，k=1.0）和 ka 固结试验（ k = 1/ k0 ）。
在这类试验中，试样总是加载压缩（Δεv> 0 ）和卸载回弹（Δεv< 0 ）的。
三、应力路径应用
应力路径法是一种灵活的工具，能反应各种载重方式，各种排水条件，荷重的各种阶段（包括历史的）以及土体中不同平面的应力状态，所以能被广泛使用：
1. 探索透析土的某些基本力学性质
2. 应用于需要应力、应变和强度联合研究的场合
3. 室内模拟土的原位应力变化，进行实验，测定某些需要的指标，供工程计算使用
在工程上具体应用的实例：
挖基坑过程
随着开挖深度的增加，基坑壁横向压力减小，竖向不变
建筑过程地基受力
随着建筑高度增加，地基受力不断增加
循环应力
海浪拍打堤坝
四、应力路径试验系统
更简单的应力路径试验系统
Bishop Wesley试验系统：• 应力控制 • 模拟各种应力路径过程 • 小型化 • 软件全自动控制
软件
应力路径
•p VS q 曲线
体系
应力路径
• p q Cambridge
• s t MIT
德国wille应力路径三轴仪是一套高质量的全自动应力路径三轴试验系统，由一个控制试件应力的Bishop&Wesley三轴室，三个体积压力控制器（VPC），一个测量轴向荷载的内置水下荷载传感器，一个测量孔隙水压力的压力传感器，一个测量垂直位移的线性位移传感器构成。应力路径三轴仪集成了软件和键盘的体积压力控制器，设备的操作非常人性化。可更换的、预校准过的传感器，可确保宽泛的测量范围同时具有很高精度。所有测试都在PC控制下运行，如应力路径、K0、慢循环加载等。
应力路径三轴仪系统需要3个高质量体积压力控制器，用于轴向负载（底部压力室）、围压和反压。围压和反压可替换为双通道 APC（气动控制器）。如需要还可升级为3通道进行非饱和测试。应力路径三轴仪配备了先进的GEOsys软件，用户可以完全自动运行所有测试阶段，在测试过程中不需要操作员的干预。设备符合或超过所有国际标准的要求，包括 ASTM、BS、EN、DIN 等本文件列出的部分。
试验方法(部分试验需要额外订购组件）：应力路径、固结试验、饱和度B值测试、UU, CD , CU 三轴、K0试验、多级加载试验、渗透试验、孔隙水体积变化试验
产品特点
• 可放置于桌面的系统
• 试件安装和处理简单
• 试件尺寸可达100mm
• 围压可达 2MPa/10MPa/20Mpa
• 轴向载荷可从7kN到50kN
• 微处理器控制的高精度加载
• 通过带有控制软件的 PC 直接操作设备（可提供通信协议）
• 通过软件使用外部或内部位移传感器进行位移闭环控制
• 用于将数据快速传输到 PC 的以太网端口
• 兼容LABVIEW©
• 用于测量和闭环控制轴向载荷的水下荷载传感器，摩擦影响非常小
• 实时数据和图形显示
• 根据选定的终止条件全自动调整加载阶段
• 使用准确位移传感器进行沉降控制
• 通过PC控制全自动测试程序并进行监控，能够12套装置同时独立
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