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扭转是材料变形的基本形式之一,通过扭转试验可以研究材料在纯剪应力状态下的力学性质。在实际工程中出现的事故都与岩土材料发生脆性破坏有着密切的联系,目前国内外对于脆性指标的度量没有一个固定的方法。本文首先研制开发了适应于土体扭剪强度测定的试验装置,并进行安装调试;基于此新型扭剪强度测试仪,进行结构性黄土的扭剪试验研究,分析含水率对于其扭剪强度的影响规律,提出了一种真正意义上能综合考虑结构性黄土抗拉、扭剪和抗剪强度的联合强度;然后在试验研究的基础上,总结结构性黄土发生脆-塑性破坏转变的规律,提出结构性黄土的脆性指数的表达式;最后对结构性黄土试样在扭剪荷载下的变形破坏机理进行有限元计算模拟分析。得到的结论如下: (1)设计研制了一种适应于土体扭剪强度测定的试验装置及相关附属设备,调试和完善了该仪器。基于该试验装置进行结构性黄土扭剪试验研究,得到了结构性黄土破坏扭矩、破坏能、扭剪强度与含水率的关系,其均随着含水率的增大呈非线性减小的趋势。 (2)将结构性黄土的扭剪试验、抗拉强度试验、三轴试验和无侧限抗压强度试验结果相结合,做出σ?τ平面坐标中的摩尔圆,得到结构性黄土拉伸、扭剪与剪切破坏图,提出了一种真正意义上能综合考虑结构性黄土抗拉强度、扭剪强度和抗剪强度的联合强度。 (3)黄土的变形破坏可分为脆性破坏、中间型破坏和塑性破坏三种类型。随着初始含水率增大,土的破坏模式由脆性破坏转变为塑性破坏。在三轴和无侧限抗压强度试验中,黄土试样发生塑性破坏时会被压鼓,而不会出现裂开的现象,但是在扭剪荷载条件下的黄土试样最终破坏时试样均会开裂,形成与纵轴有一定角度的裂缝。 (4)提出了脆性指数B的表达式,脆性指数与初始含水率具有线性增长的关系。当B<0时,土体为脆性破坏;当0<B<1时,为中间型破坏;当B>1时,土体为塑性破坏。 (5)通过有限元数值模拟得到的土样发生开裂破坏的区域与试验中土样开裂破坏的区域基本一致,且通过计算得到试样的破坏角随含水率的增加整体上呈非线性减小的趋势。