高频、循环振动情况下含砂量对软土流动性影响

软土在振动作用下的动力学特性与土体中的大颗粒含量有着密切联系。本文通过固定围压下的拖球试验,研究了在局部、高频循环振动条件下,不同含砂量对软土流动特性的影响,并总结出在不同振动频率作用下,含砂量变化对软土流动性所表现出的作用规律。研究表明：当振动频率较低时,含砂量的增加对土体流动性有抑制作用;当振动频率超过一个临界值时,该抑制作用变得不再显著。对于高频循环振动,随着含砂量的增加,土体流动性呈现出越来越快的收敛趋势,且收敛速率和振动频率之间没有明显关系。同时,在整个循环振动过程中,首次振动对土体流动性的增强作用占据主导地位,后续振动过程对土体流动性的增强作用非常微弱。由此可见,掺砂可以有效促进路基软土在高频、循环振动作用下的流动性收敛,研究结果对解决高铁路基工后持续沉降问题有一定的指导意义。     

局部振动作用下地下软黏土流动特性试验

为研究引起隧道持续沉降的原因,通过拖球试验从流体力学角度研究地下软黏土在不同含水率、不同振动频率、不同围压条件下流动特性的变化情况。试验结果表明:软黏土的流动性随着含水率和振动频率的增加而增加,随着围压的增大而减小;增加含水率对软黏土流动性的促进作用,在较低含水率时较明显,随着土样含水率的逐渐升高而变得不再显著。围压和振动频率对软黏土的流动特性有交叉影响:在高振动频率下,围压的增加对软黏土的流动特性影响不大;在高围压下,只有当振动频率超过临界值时,振动频率的增加才会影响软黏土的流动特性。     

循环荷载作用下NaCl溶液对黏土动力特性影响及微观机理分析

针对黏土易与水结合,孔隙溶液环境变化对黏土动力特性有较大影响的问题,使用GDS真/动三轴仪对黏土试样进行模拟交通循环荷载下的分级加载试验,研究不同浓度NaCl孔隙溶液、振动频率对土体应力-应变关系和动弹性模量的影响,分析骨干曲线及弹性模量的发展规律,并结合电镜扫描,分析NaCl溶液浓度和振动频率改变前后试样的孔隙分布规律,得到微观孔径与动力特性的关系。结果表明,随着NaCl溶液浓度和振动频率的升高,应力-应变曲线和动弹性模量曲线呈上移趋势;阻尼比-动应变曲线随振动频率的增加而上升,随NaCl溶液浓度的增加而下降;NaCl溶液浓度升高,水化反应产生的胶体增多,微填充作用可有效减少小孔隙,振动频率增加则使得片状颗粒间距被压缩,层状结构减少,土体更加密实,有效减少大孔隙。研究得出的含NaCl溶液黏土受孔隙溶液浓度与振动频率变化的影响规律,可为研究其他环境下黏土的强度变化提供参考。     

饱和含细砾砂动孔隙水压力特性三轴试验研究

利用TAJ—20振动三轴仪对饱和含细砾砂进行振动三轴试验,研究了几种不同因素下砾砂的孔压发展规律;并采用双曲线孔压模型进行了拟合。试验结果表明:随着振动周次和动应力幅值的增加,动孔隙水压力逐渐增加,而动孔压随固结应力比的增大逐渐减小。等压固结含细砾砂孔压均能达到围压,而偏压固结孔压是否达到围压主要取决于动应力幅值能否大于主应力差,即动应力是否足够大;但当固结应力比太大,孔隙水压力不能达到围压。饱和含细砾砂动孔压比增长随相对密度的增大而减缓,当达到相同的动孔压比,相对密度越大,振动破坏所需的振动周次也就越多,土体就越不容易破坏。振动频率越快,动孔压比上升越快,即孔隙水压力上升速度越快。当达到相同的孔隙水压力时,振动频率越快,振动破坏所需的时间就越少。饱和含细砾砂动孔压发展可用双曲线模型很好的拟合,可为工程实践和试验资料的积累提供依据。     

交通荷载作用下低路堤动力特性试验研究

结合连盐高速低路堤,对路堤进行了动应力、振动响应等现场测试,分析了路基中附加动应力及振动位移的变化规律.并且通过应力控制的室内动三轴试验,采用一定的动应力频率、不同的循环应力比来模拟交通荷载,研究了在循环荷载作用下,连盐高速公路饱和软粘土的轴向累计应变、孔隙水压力和轴向周期应变软化的变化规律.实验结果表明:路堤中动应力和振动位移随行车速度和车重的增加而增加,随深度的增加而降低,有效影响深度达2.5 m;原状土的临界循环应力比远大于重塑土,承受循环应力能力高于重塑土.因此,要加强浅层路基强度,同时要减少对底部下卧层软粘土的扰动.其结果可为在软土地基上设计和施工低路堤高速公路提供有益的参考.     

稠油油井出砂监测室内模拟研究

针对海上稠油油井出砂监测装置进行了研究,设计了一种室内稠油出砂监测实验系统,并研制了易于传感器感受出砂振动信号的一次仪表装置,研发了出砂信号采集分析系统。出砂监测过程中利用压电加速度传感器识别砂粒撞击一次仪表引发的高频振动信号,采用动态信号处理方法对出砂信号进行时域和频域分析等。在实验室条件下,进行了不同含砂量的稠油(黏度大于100 mPa.s)出砂监测实验,取得了非常好的效果。实验结果表明:在砂样粒度、携砂流速等固定的条件下,随着含砂量的增加,出砂振动信号的均方根值、功率谱幅值、方差值等信号特征值不断增大。     

有机质含量对滇池重塑泥炭质土动强度特性的影响

为了研究滇池泥炭质土中有机质成分对于土体动强度特性的影响,对不同有机质含量的饱和重塑泥炭质土进行室内动三轴试验,研究了不同有机质含量、固结压力、振动频率对重塑泥炭质土的动强度曲线的影响,分析了不同有机质含量、振动频率及循环振次控制条件下重塑泥炭质土的动强度指标的变化规律。得出结论如下：重塑泥炭质土的动剪应力在其他条件相同时,均随着固结压力、振动频率和有机质含量的增加而增大。其中有机质含量对重塑饱和泥炭质土的动强度影响最大,土体动强度指标随有机质含量增加呈明显正相关性。重塑饱和泥炭质土动强度受荷载振动频率的影响较小,动强度指标总体上随振动频率的增大有小幅提升。循环振次则对重塑饱和泥炭质土动强度呈负相关影响。     

山碴石填料路基沉降数值模拟研究

考虑到山碴石在石料强度、含石量与常规土石方有所区别,其材质不均匀性及岩土体本构关系等问题,采用有限差分的方法对山碴石填料路基沉降计算模型进行分析.结果表明:不同深度处路基的竖向位移沿径向变化的规律基本相同;振动碾压作用下,沉降与径向距离呈负相关,且衰减速率呈先快后缓,越靠近振动碾压的部位,沉降值越大;山碴石路基分层碾压效果随分层数的增加越来越明显;随着土体弹性模量的增加,山碴石填料路基沉降量的下降幅度较大.     

砂土层中钢管桩高频振动贯入效率模型试验

针对钢管桩高频振动沉桩效率的影响因素研究不够系统的问题,通过砂土层中钢管桩高频振动沉桩室内模型试验,研究了不同激振力和激振频率工况下,钢管桩在不同密实度及饱和度砂土中的沉桩位移,分析了砂土层中钢管桩高频振动沉桩效率的影响因素。研究结果表明:干砂中,相对密实度为30%的沉桩位移大于相对密实度为50%的沉桩位移;当激振频率为40 Hz时,干砂中沉桩位移均达到最小值。湿砂中,饱和度为70%时的沉桩位移大于饱和度为50%时的沉桩位移;当激振频率为50 Hz时,湿砂中沉桩位移均达到最小值。增大电压峰值,钢管桩在干砂和湿砂中的贯入效率有部分提高。     

干湿循环机制下风化砂改良膨胀土的收缩特性

为研究风化砂改良膨胀土的收缩指标在干湿循环作用下的变化规律,采用收缩仪对经历不同干湿循环次数的掺砂改良膨胀土试样进行收缩试验,探究试样的线缩率、体缩率、收缩系数、缩限及胀缩总率在干湿循环作用下的变化特征及机理,建立不同干湿循环次数下掺砂改良膨胀土的缩限计算公式。试验结果表明:线缩率及体缩率随干湿循环次数的增加而逐渐减小,经过4次干湿循环作用后二者基本趋于稳定,且风化砂掺量由0增至20%时,线缩率及体缩率的降低幅度最大;随着干湿循环次数的增加,收缩指数呈指数函数降低,在4~5次干湿循环后,收缩系数基本趋于稳定,缩限随干湿循环次数的增加呈二次函数形式增加,且随着风化砂掺量的增加,干湿循环作用下缩限的增加幅度逐渐减小;胀缩总率随着干湿循环次数的增加先逐渐降低后趋于稳定,在干湿循环作用下通过掺入风化砂,可以有效降低土体的胀缩总率,并使之达到路基填土的标准。     

交通荷载作用下软土路基沉降有限元分析

基于典型的路基路面体系设计方法,利用有限元分析软件ABAQUS分析交通荷载作用下软土路基沉降与荷载振动的关系,并对比了交通荷载与静荷载作用下路基的变形特性.结果表明,可以通过测定各点振动振幅来推测出该点沉降,也可以通过测定各点沉降来评价交通荷载对环境的振动影响;交通荷载作用下路基的变形特性与静荷载作用下不同,且交通荷载作用下路基沉降是静荷载下的沉降的3~4倍.     

不同结构强度软粘土的动孔压特性试验研究

岩土工程建设中常遇到天然状态、受扰动状态以及经过注浆加固处理的软土,这些结构强度不同的土体在振动荷载作用下的动孔压特性对地基的沉降具有较明显的影响。利用HX-100循环三轴仪对杭州原状、完全重塑以及掺水泥的粘土试样进行循环加载试验,探讨这三类土样的动孔压特性的异同点。试验结果表明:当动应力幅值较小时,三种试样的动孔压均随振次增加而不断升高。当动应力较大时,原状样的孔压增长速率变慢,且最终的累积孔压值也较小,在结构屈服压力下进行固结时这个特点尤为明显。     

紫花苜蓿根系-砂土复合体力学特性

为探究紫花苜蓿根系对砂性土的增强作用,以黄土为基础土料,河砂为改性土料,将改性土料加入基础土料中,制备含砂质量百分比为0%,20%,40%,60%的紫花苜蓿根系-砂土复合体;通过根系拉伸试验,得到根系抗拉强度;通过直剪试验,得到不同含砂量和根系面积比(根系横截面积A_R与土体横截面积A的比值)的根土复合体抗剪强度参数;采用电子放大镜对紫花苜蓿根系、根土复合体及剪切后试样进行观察,分析根系与土体的结构和特征。结果表明：随着紫花苜蓿根径的增大,抗拉强度呈指数降低;随着含砂量的增加,根土复合体黏聚力呈现先增大后减小的趋势;随着根系面积比的增加,根土复合体黏聚力逐渐增大;以根系抗拉强度和根系面积比的乘积为自变量,实测的抗剪强度增量为因变量,进行线性拟合得到K值,在含砂量为0%,20%,40%,60%下的K值分别为0.38,0.56,0.2,0.09;当根土复合体受到剪切力时,根系所受到的拉应力可转变为增强剪切面的摩擦力和抵抗土体变形的剪应力,提高了根土复合体抗剪强度。研究结果对矿山生态修复中的土体重构工作提供理论依据。     

基于DIC技术的地下软土内部激振影响区试验

针对列车运行产生的振动荷载对位于地下软土层中的隧道产生沉降影响问题,设计软土内部激振试验新装置,开发了基于数字图像相关(DIC)技术的软土内部振动响应瞬时光学测量系统,研究土体振幅与距振源距离、振动频率、围压之间的关系。试验结果表明:土体振幅随着距振源距离增大而减小,并以幂函数形式拟合振幅衰减曲线,效果良好;基于DIC技术的内部激振影响区能够直观、准确地表征出内部激振的影响区域和影响程度,振动频率的增加能够增大影响区域,围压的增加能够明显减小影响区域。     

基于高频振动信号分析的稠油出砂量监测方法

针对海上稠油开发中的适度出砂监测问题,设计一种能够持续有效监测油井出砂的监测系统,并进行室内试验。利用专门设计的一次仪表对砂粒撞击产生的高频振动信号进行监测,在实验室条件下,进行不同出砂量条件下的黏度为130 mPa.s的原油出砂监测效果试验。采用编写的信号分析程序对监测的出砂信号进行时域、频域特征分析。结果表明,该系统能有效监测油流中含砂量的变化,随着含砂量的增加,出砂振动信号的方差值、均方根值、功率谱幅值等信号特征值均增大,且基本呈线性变化,试验结果验证了监测系统的可行性。     

饱和砂砾土的动强度与动孔压模型试验

由于砂砾土具有抗剪强度高、压实性能好、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,在工程界得到广泛应用.通过一系列的室内动三轴试验对饱和砂砾土进行了动力特性研究,主要分析了不同振动频率、固结压力和固结应力比对动强度和动孔压的影响规律.试验结果表明:当循环振动周期为某一定值时,随着固结压力、固结应力比的增大,土体发生破坏所需的动剪应力也随之增大,振动频率的增加对动剪应力的影响较小可以忽略不计;在同一振动周期下,当动孔压比为某一定值时,随着固结比Kc的增大,所需动剪应力比也随之增大;当动剪应力比为某一定值时,动孔压值随固结应力比Kc的增大反而减少,这说明固结应力比对饱和砂砾土的液化有很大影响.     

胡骏峰1,2

为了探究粘性土剪切断裂韧度特性,使用土体剪切断裂韧度测试仪,在掺入不同粒径大小的砂砾和不同含量砂砾的情况下,通过该仪器探究对土体剪切断裂韧度值的影响。试验结果表明：在土体中掺入砂砾能提高断裂韧度值,并且土体的剪切断裂韧度值随着掺砂量的增高而增高。但掺入不同大小的颗粒粒径的砂砾对断裂韧度值的影响效果是不同的,在相同含砂量下,掺入颗粒的粒径越大,其断裂韧度值提高的幅度越低。掺入砂砾对土体剪切断裂特性的影响特性可以通过砂砾与粘性土的混合土体结构组成来解释说明,其主要的影响作用机理有团粒化作用、填充作用和摩擦作用等3个方面。     

阻尼对地铁引起地面振动计算的影响

地铁振动的频率多为中高频,且分布范围广,土体特性更是异常复杂。因此,地铁引起土体振动时,将产生复杂的拍现象,根据地铁引起土体振动频率的特性,提出确定阻尼比控制频率的合理个数和大小,从而使振动在其整个频率分布范围内的阻尼比与事先确定的控制阻尼比之差满足要求,进而建立Caughey阻尼模型;利用Caughey阻尼模型,通过有限元方法计算地铁引起土体的振动响应,并与按Rayleigh阻尼模型的计算结果进行比较,从而考察阻尼对地铁引起地面振动计算结果的影响。     

橡胶砂液化特性的动扭剪试验研究

为研究橡胶砂的液化特性，在不同的橡胶质量掺量、循环应力比、相对密实度、频率和有效围压工况条件下对橡胶砂进行动扭剪试验，分析橡胶砂的动力剪切应力-应变关系、动弹性模量和阻尼比的发展趋势.结果表明：橡胶颗粒质量掺量越高，橡胶砂越不易液化，广义剪切应变越小，橡胶砂越不易破坏；在橡胶颗粒掺量一定的情况下，试样破坏周次随循环应力比增大而减少；相对密实度和有效围压增大时，试样的剪切应变降低、抗液化能力增强，而剪切频率增大时，抗液化能力减弱；随着剪切应变和橡胶颗粒掺量的增加，试样弹性模量逐渐降低，阻尼比逐渐增大.     

波浪荷载作用下原状软黏土动力特性和基于能量方法的孔压研究

针对杭州原状软黏土,利用浙江大学5 Hz空心圆柱扭剪仪进行等向固结条件下的主应力轴旋转试验以研究波浪荷载作用下软黏土的动力特性。探讨不同频率和循环应力比条件下土体的应变发展、模量衰减等动力特性。采用能量方法,研究频率和循环应力比对孔隙水压力与损耗能关系的影响,并对不同条件下土体的崩塌能进行对比分析。研究结果表明:在主应力轴旋转条件下,原状软黏土存在一个门槛循环应力比,当循环应力比小于该值时,应变只在较小范围内发展,土体模量呈"急剧—平稳"的衰减规律;当循环应力比大于该值时,应变曲线会因土体达到结构崩塌而出现1个激增点,此时土体模量呈"急剧—平稳—急剧"的衰减规律,并且频率越低或循环应力比越大,应变发展及模量衰减速度越快,达到结构崩塌所需要的循环次数越少。频率和循环应力比对原状软黏土的孔压与损耗能关系及崩塌能均有影响,且频率越低或循环应力比越大,孔压随损耗能发展越快,结构崩塌时的崩塌能也越小。频率和循环应力比是通过改变损耗能中两部分能量所占的比例来实现对孔压与损耗能关系及崩塌能的影响。