初始孔隙比对饱和砂土动力特性影响研究

通过对汶川细砂在不同循环应力比下的等压固结不排水动三轴试验,着重研究了考虑初始孔隙比对饱和砂土的动强度与孔压特性影响,建立了不同有效围压下的动抗剪强度表示方法,比较了一定振次下的动强度指标,为抗震设计提供参考与借鉴.从孔压随荷载循环次数变化和一定振次下液化所需的循环应力比这两种角度研究孔压特性,结果表明:相对密实度对砂土抗液化能力有着显著影响,孔压的发展取决于初始孔隙比,循环应力比越高时,表现得越明显.     

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.     

南海钙质砂的液化特性动三轴试验研究

随着南海岛礁建设的快速发展,确定钙质砂工程场地的液化特性是预防和减轻地基液化灾害的重要课题。为研究钙质砂在动力荷载作用下的液化特性,开展了钙质砂室内动三轴试验,考虑有效围压和动应力比两方面因素,对钙质砂动孔压的发展过程、动应变的累积特征以及滞回曲线的演变规律进行了分析。试验表明,随着围压的增大,钙质砂的抗液化能力增强,试样出现失稳时的累积塑性应变也随之增加;有效围压越大,钙质砂的孔压曲线波动幅度越大,循环活动强度增强。钙质砂累积塑性应变的变化趋势相似,开始稳定发展,累积到试样失稳位置后应变急剧增加,使试样变形破坏。钙质砂在液化破坏后,颗粒骨架结构仍然存在一定的残余强度。滞回曲线的面积呈现先增大后缩小的演变规律;滞回圈的形状在液化过程前期基本不变,中期会发生剧烈变化,后期又逐渐趋于稳定。     

饱和砂的动孔压演化特性试验研究

利用GDS 10 Hz/20 kN双向振动三轴系统,对饱和砂进行不排水动三轴液化试验,研究了液化进程中动孔压的发展规律,并阐述了动孔压的演化机理.基于试验结果,提出适用于饱和砂的动孔压应变模型.该模型直接和动力分析中应变幅相联系,能够弥补应力模型的不足,并具有较好的适用性.等压固结条件下,动应力和固结压力对动孔压比与动应变比的关系影响较小,动孔压发展规律可近似用同一模型表示.不同动应力和固结压力作用下,饱和砂土动孔压的增长模式用Seed提出的孔压应力模型描述时,试验常数可取相同值.     

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。     

主应力轴旋转下原状软黏土的变形及强度特性

为研究主应力轴旋转情况下饱和软黏土的变形及强度特征,采用先进的空心圆柱扭剪仪(HCA)对软黏土进行了一系列不排水剪切试验。试验采用等压固结模式对软黏土空心薄壁试样进行固结,并在3种不同中主应力系数情况下,对试样进行不同主应力轴旋转角度下的不排水剪切试验;剪切过程中保持平均应力、中主应力系数及主应力轴旋转角度不变,只增加偏应力,研究不同中主应力系数情况下主应力轴旋转角度对软黏土应力应变特征以及强度特性的影响。研究结果表明:不同主应力轴旋转角度下天然软黏土的变形及强度特征存在明显的差异,在中主应力系数b=0.5的非轴对称加载情况下,不排水剪切强度随着主应力轴旋转角度的增大呈勺形变化;在b=0的轴对称压缩条件及b=1的轴对称拉伸条件下,随主应力轴旋转角度的增加,不排水剪切强度均呈递减趋势。     

长期循环荷载作用下海洋饱和粉砂的弱化特性

为了研究海洋饱和粉砂在长期循环荷载作用下的弱化特性,对原状饱和粉砂进行了一系列不同固结条件下不排水单调和循环加载三轴试验,并在循环加载过程中通过弯曲元测试土体剪切波速.主要分析固结方式、动应力比以及循环次数对饱和砂土循环弱化特性的影响.试验结果表明,在相同的固结条件下,随循环次数的增加和动应力比的提高,土体的强度和刚度衰减显著,在相同的动应力比作用下,偏压固结相对于等压固结减缓了土体的循环弱化.利用动偏应力水平对海洋饱和粉砂循环荷载作用下强度和刚度的弱化特性进行了描述.     

应力和应变控制下饱和砂土循环扭剪试验分析

针对某些动荷加载为应变控制的工程问题,如大型工业振动机械的工作平台基础,为研究其动力学性质,利用空心圆柱扭剪仪,分别采用应力和应变控制两种加荷方式,对处于复杂初始应力状态,即不同中主应力系数下的饱和福建标准砂进行小应变循环扭剪试验研究。结果表明,不同加荷方式对土的骨干曲线和剪切模量没有影响;同剪应变幅值时,应变控制下土的阻尼比较应力控制略大;两种控制方式下,试样振动过程中的轴向变形均随着中主应力系数的增大而减小。可见,加荷方式对土的动力特性影响甚微,针对动应变控制的工程问题,在设备有限时可采用应力控制试验模拟代替。     

水泥改良泥质板岩土动力特性试验

针对未改良和水泥改良的泥质板岩砂土,利用振动三轴仪开展不同加载频率和围压作用下的循环振动加载试验,研究土的动弹性模量、阻尼比、动力强度和动力累积变形等参数的变化规律,对比改良土和未改良土的试验结果,分析和评价改良效果。研究结果表明:改良土的动应力与动应变关系骨干曲线为双曲线;改良土阻尼比随动应变幅值增大而增大,近似为双曲线函数关系;改良土初始动弹性模量随围压增大而增大,最大阻尼比随围压增大而减小;改良土初始动弹性模量随加载频率增大而增大,但加载频率对最大阻尼比的影响不大;改良土动应力强度和破坏振次的对数呈线性递减关系;水泥改良后,泥质板岩土的动力强度和初始动弹性模量显著提高,而最大阻尼比变化不大。改良土动力变形稳定性比未改良土的强。     

饱和砂土应力应变控制试验动力特性的比较

利用振动扭剪试验,在应力控制和应变控制加载条件下,对饱和砂土材料的残余孔压累积特性及剪应力剪应变骨干曲线随孔压变化的瞬态特性进行了试验研究,并利用提出的弹塑性动应力应变本构模型,对应力控制和应变控制试验的瞬时滞回曲线及应变路径长度进行了分析比较,从多方面探讨了应力控制和应变控制加载条件下饱和砂土 态动力特性之间的内在联系。     

模拟K0固结后不同初始围压下冻土应力-应变特性研究

通过对经历K0固结后再冻结的冻结兰州黄土进行三轴压缩试验,分析了K0固结后冻土在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为,并利用Duncan-Chang双曲线模型研究了K0固结后冻土的初始切线模量和偏主应力最大值与围压、温度的关系.结果发现:围压和温度的变化是影响深部冻土抵抗变形能力的主要因素;初始切线模量随围压的升高而线性增大,但受温度影响不太明显;当温度恒定时,偏主应力最大值随围压的升高而线性增大;当围压恒定时,偏主应力最大值又随温度的降低而增高.最后,对模型预测曲线与实测曲线进行了对比,验证了应用Duncan-Chang双曲线模型对K0固结后冻结土体在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为进行预测的可靠性.     

主应力轴旋转下高偏压固结粉土动力特性

为研究不同固结方式对粉土在波浪荷载引起主应力轴循环旋转下的性状影响,对长江入海口相对密实度为70%的饱和粉土进行试验。采用空心圆柱仪对重塑粉土试样,进行了固结比为1和2条件下,恒定剪应力幅值的主应力轴循环旋转动力加载,并对相关孔压、应变等数据进行数值拟合分析。结果表明,主应力轴旋转下,固结比为1的试样,随动剪应力增大,孔压开展由三阶段两相态点模式转化为二阶段单相态点模式,而主应变差则在0.2%~0.5%这一小应变范围内发生崩塌;固结比为2的试样,孔压开展仅有二阶段单相态点模式,且孔压比至0.45保持稳定,主应变差则能平稳开展至较大幅值,比等向固结试样有更高动强度。最后采用修正Seed模型及双曲线模型分别对等压及偏压固结试样的孔压开展进行了预测。研究结果较好地揭示了不同固结比粉土在主应力轴旋转下的宏观性状差异。     

饱和尾矿砂动强度和残余变形试验研究

尾矿砂的动力特性对尾矿库的地震反应分析有重要影响。通过对中线法尾矿库的饱和底流尾矿砂和饱和溢流尾矿砂开展动三轴试验,研究了两种尾矿砂的液化强度、动孔压特性以及残余变形特性。试验结果表明:相同固结条件下,底流尾矿砂的抗液化强度要比溢流尾矿砂的高;底流尾矿砂液化动孔压发展呈"上升—平稳—上升"的趋势,溢流尾矿砂的液化动孔压发展为线性稳定增加;当固结围压和动荷载较小时,沈珠江残余变形模型能很好地反映两种尾矿砂的残余变形发展规律。此外,还得到了两种尾矿砂的动强度指标、动孔压模型参数,以及沈珠江残余变形模型参数,这些参数可用于中线法尾矿库的动力稳定性数值计算。     

珠海拱北隧道饱和砂土动力特性试验研究

利用GDS双向振动三轴系统,对港珠澳大桥茂盛围段饱和粗砂动力特性进行了固结不排水动三轴液化实验研究。基于实验结果,分析了动剪应力比对其动孔压发展的影响,拟合出动孔压发展曲线模型;对其动应变进行了分析,得到了临界应力强度和极限应力强度的分界点;在不同围压下,饱和粗砂的动强度曲线可近似地归一,给出了其归一公式。     

掺入轮胎橡胶颗粒对砂土剪切性状的影响

为有效提高砂土填料的抗剪强度并降低其重度,利用废弃轮胎橡胶颗粒的良好表面摩擦性与低重度特性,将其掺入到砂土填料,形成加筋机制,通过直剪和三轴压缩试验,研究多种掺入比与不同围压条件下砂土剪切性状,对应力-应变特征进行模拟,并提出模型参数.根据实验结果,峰值剪切强度随橡胶颗粒掺入量增加而减小,峰值偏应力或峰值应力比在300～400 kPa围压下随橡胶掺入量增加而减小,在100～200 kPa围压下,基本不变,砂土泊松比受橡胶颗粒掺入量影响,并随主应力发生"弯转".围压小于200 kPa,掺入10%～20%的轮胎橡胶颗粒可提高砂土的抗剪强度,并降低材料重度,砂胶混合材料应力-应变关系可用Duncan-Chang模型模拟.     

原状软黏土主应力轴动态旋转试验研究

利用浙江大学5 Hz空心圆柱扭剪仪,通过轴力和扭矩的耦合,模拟波浪荷载下主应力轴动态旋转的应力路径,对杭州原状软黏土的孔压累积、应变发展及模量衰减等动力特性进行研究,研究频率、循环应力比的影响,并与动三轴试验相比较。通过对试验数据的回归分析,给出主应力轴动态旋转下原状软黏土模量衰减的经验公式。结果表明:频率越低或循环应力比越大,孔压累积、应变发展及模量衰减的速率越快,破坏所需要的循环次数越少;虽然各应变分量开展程度不同,但应变曲线均在同一循环次数时出现拐点;循环加载过程中,压缩模量和剪切模量的衰减规律基本相同,但压缩模量衰减速率稍快于剪切模量。与动三轴试验结果相比,主应力轴连续旋转试验中土体模量衰减规律基本不变,但衰减速度更快,试样破坏所需的循环次数明显减少,因此,建议实际工程应用时要考虑主应力轴旋转的影响。     

双向耦合剪切条件下砂土的变形特性

采用空心圆柱扭剪仪对粉细砂进行一系列偏应力幅值和大主应力角同步增大条件下的剪切排水实验,研究该双向耦合条件下饱和砂土的变形规律和非共轴特性,分析中主应力系数等因素对砂土变形特性的影响。结果表明:砂土在该椭圆应力路径条件下产生了一定的塑性变形,并表现出明显的非共轴特性;随着中主应力系数的增大,土体径向应变和体应变逐渐减小,而环向应变由压应变逐渐转变为拉应变;初始偏应力和偏应力增长幅度对土体变形也有明显的影响,随着这两者的增大,土体的剪应变明显增大,体应变也呈现出由体胀向体缩转化的趋势,非共轴角则呈现减小的趋势。     

RST轻质砂强度特性试验研究

为了研究RST轻质砂抗剪强度特性,对不同配合比的RST轻质砂进行常规三轴固结不排水试验,得到在不同条件下的应力应变关系曲线.研究发现,初始相对密实度越大,软化现象越明显;橡胶颗粒掺量的影响随应力水平的不同而变化,而且抗剪强度指标随橡胶颗粒掺量的增加呈现明显减小的趋势;粒径不同时,RST轻质砂的峰值应力存在差异性,掺加的橡胶颗粒最佳粒径为不大于0.5mm;固结围压对峰值应力比和残余应力比的影响较大.研究成果可作为进一步研究这种新材料本构关系的依据.     

饱和粉土变形特性三轴试验

对取自南京市某拟建高速公路路基的粉土,在室内按不同的干密度和含水率进行了试样重塑。按不同干密度和不同初始制样含水率进行饱和三轴固结排水剪切试验,测得不同围压条件下的固结排水剪应力-应变曲线以及有效应力比曲线形态等工程特性。分析了粉土干密度、初始制样含水率和围压对饱和粉土强度的影响。试验结果表明:粉土的强度随干密度的增加而变大,随围压增大而增加;初始制样含水率对粉土的强度有不同程度的影响;粉土的应力应变表现为弱应变软化型。     

循环荷载下钙质砂单颗粒破碎试验研究

钙质砂是长期在饱和的碳酸钙溶液中经物理、生物化学及化学作用过程而形成的海洋沉积物,是人工岛建造常用的岩土工程材料,其力学特性直接影响人工岛的安全使用.海洋环境下钙质砂不间断承受海洋动荷载的影响,因此有必要探究循环荷载作用下钙质砂单颗粒动强度特征.为此采用自行设计研制的单颗粒循环加载仪器对不同形状、粒径的南海钙质砂进行单颗粒破碎试验,利用Weibull统计函数描述每种粒径下的单颗粒动强度分布规律.基于试验所得力-位移曲线,发现钙质砂单颗粒在动荷载试验过程中的破坏模式分为两种:一种是颗粒破碎发生在加基值力之前,一种是颗粒破碎发生在加基值力之后.对不同粒径单颗粒动强度统计分析,发现单颗粒动强度的分布与粒径有关,粒径越大则强度越低;相同粒径下不同形状的单颗粒动强度规律为:块状颗粒条状颗粒片状颗粒;同一形状下单颗粒强度服从Weibull分布,在双对数坐标轴下,特征单颗粒动强度与粒径呈线性关系.