广东阳江海洋砂性土小应变硬化土模型参数的试验研究

海上风机结构在风、浪、流等复杂循环荷载作用下需严格控制其振动频率和基础变形,设计时需考虑土体的小应变模量特性。使用固结仪、GDS应力路径三轴仪和弯曲元设备波速测试,获得了广东阳江典型海洋砂土的小应变硬化土模型(HSS)的主要参数,包括砂土的有效应力强度指标和刚度参数等。结果表明：海洋砂土刚度参数G₀^ref、E₅₀^ref、E_oed^ref和E_ur^ref之间存在倍数关系,可通过经验公式相互转换;天然海洋砂土的小应变剪切模量G₀明显低于已有研究中的洁净砂土,最终给出了广东阳江地区海洋砂性土HSS模型参数的取值建议。     

上海临港砂质粉土硬化土小应变模型参数研究

硬化土小应变模型(HSS模型)考虑了土体在小应变区域内刚度随应变的非线性变化,是土工数值分析中应用较为广泛的软土本构模型之一。上海地区软土的特性研究已取得了较为丰富的成果,但关于浅层砂质粉土的研究还不够全面。通过三轴固结排水剪切试验,三轴固结加卸载试验,固结试验以及共振柱试验,获得上海临港地区浅层砂质粉土的硬化土小应变本构模型的试验参数,包括土体的初始剪切模量、土体强度参数和加卸载模量等。将试验结果与已有文献的相关数据进行对比分析,试验结果可为上海地区浅层砂质粉土的深基坑工程数值分析提供参考数据,具有工程参考价值。     

基坑土体侧向卸荷条件下的变形性状研究

在ZSY-1型真三轴仪上控制ε2≈0进行基坑土体的k0固结-侧向卸荷的平面应变试验研究,得出土体侧向卸荷时侧向应力与其应变之间关系.根据其应力应变曲线性状,运用Duncan-Chang模型的建模思路来描述平面应变条件下土体侧向卸荷的侧向应力应变之间关系,并由此得出卸荷土体的初始切线弹性模量及其变化规律,推导出反映坑侧土体侧向卸荷实际应力路径下土样的非线性切线模量表达式.     

考虑小应变下刚度衰减特征的软土本构模型

针对上海软土统一本构模型不能模拟小应变情况下土体剪切模量的衰减特征问题,结合小应变下经典刚度理论对小应变范围内的上海软土统一本构模型进行改进,以使软土本构模型能够模拟土体在小应变下的刚度变化规律,并将模拟结果与上海浅层软土在小应变下的三轴剪切试验结果进行对比,以验证改进的软土本构模型的合理性.结果表明,改进的软土本构模型能够模拟小应变情况下土体较高的初始切变模量及其非线性衰减特征,并能够较好地表征自然黏土体的结构和超固结特性.     

平面应变条件下土体变形的试验研究

取武汉地区具有代表性的粉质粘土进行了一系列卸荷应力路径试验,对其应力应变性状进行了较深入的研究。研究表明,土体卸荷试验的初始切线模量远大于加荷试验的初始切线模量,其破坏的主应变却远远小于常规三轴试验的破坏主应变,土体在复杂受力状态下的应力应变关系曲线表现出应变软化特性,其广义剪应力与广义剪应变关系曲线呈明显的非线性,且更真实地反映开挖卸荷条件下土体的应力应变特性,并探讨了这种特殊路径下的卸荷模量的计算。     

一个联系现场和室内的本构模式

在总结国内外有关研究成果的基础上,对联合室内和现场试验研究土体本构模型及确定模型参数方法进行了初步探索.通过室内固结排水静力三轴剪切试验研究发现,在不同固结应力及干密度下,割线模量Es与轴向应变εa的关系曲线可以采用最大弹性模量Emax及参考应变εr归一为Es/Emax~εa/εr曲线,归一的曲线受结构性、颗粒大小及级配等因素的影响很小,提出以土层原位试验得到的Emax代替室内试验的Emax,获到原位土体实际的Es~εa曲线.针对邓肯双曲线模式的缺点,提出了一种新的土体静力应力应变关系本构模式,新模式能很好地描述试验结果.     

基坑降水开挖对坑底不同深度土体影响的试验研究

软土地区基坑施工通常采用分层降水与开挖,基坑降水开挖应力路径对坑底土体的变形及力学特性产生影响,且坑底不同深度土体所受影响不同。采用SLB—1型应力应变控制式三轴剪切渗透仪模拟基坑分层降水与开挖应力路径对坑底以下不同深度土体进行研究;并在应力路径试验之后进行不排水剪切试验。试验结果表明:基坑降水开挖对土体的影响随土体深度的增加而减小,研究针对的工程案例条件下基坑开挖的影响深度约为坑深2.2倍。对于降水路径,第一个降水步产生沉降随着土体深度的增加而减小,表明随深度增加变形模量逐渐增大;变形模量的增大可能与基坑降水引起的欠固结效应有关。对于开挖路径,总回弹值随着土体深度的增加而减小,表明随深度增加变形模量逐渐增大;随着基坑开挖的进行土体变形模量不断减小;变形模量的变化可能与基坑开挖引起的超固结效应有关。超固结比对变形模量具有一定影响,开挖路径土体变形模量E与1/(OCR-1)之间近似呈线性关系。同时,不排水剪切试验得到的应力-应变关系曲线呈现应变软化特性,也体现了基坑开挖过程中的超固结效应。基于基坑降水开挖对不同深度土体产生的不同效应,在研究基坑土体变形时,需要考虑坑底以下不同深度土体力学性质的差异及其对变形的影响。     

基于颗粒流离散元的粘性土三轴剪切试验数值模拟

为了研究粘性土体的工程力学性质,本文通过对粘性试样进行室内三轴固结排水试验,得到了试样土体的应力—应变关系曲线以及强度指标,基于颗粒流离散元法的原理,利用PFC3D软件建立三轴试样模型,并设定颗粒间的接触为接触黏结模型,通过颗粒流数值试验对细观参数进行标定,从细观角度对粘性土的工程力学特性做了一定的研究。对比了不同围压下数值试验与室内试验的应力应变关系曲线,得到了较好的模拟效果。分析细观参数的变化对粘性土的应力—应变关系曲线的影响,得出边界条件、孔隙率、粘结强度、摩擦系数、接触刚度等细观参数的取值对粘性土的宏观力学性质有着显著的影响并对影响规律做了探讨,为今后的三轴试验颗粒流数值模拟提供了有价值的参考。     

基坑数值分析中HSS模型参数试验及应用

小应变土体硬化(Hardening Soil Model with Small-strain Stiffness)模型作为一种能够考虑土体小应变阶段非线性特性的高级本构模型,在基坑数值分析中有着特有的优势。通过开展系列三轴试验、标准固结试验及共振柱试验,获得了常州地区典型土体的HSS模型相关参数,建立了模量参数之间的比例关系,并与现有研究成果进行了对比分析。最后借助大型岩土工程有限元分析软件Plaxis 3D,以实际工程为背景进行分析,通过比对模拟结果与监测数值,验证了试验获得模型参数方法的适用性及参数的可靠性。相关成果可为该地区及其他地区的基坑工程分析提供参考。     

旋转硬化与统一硬化参量在修正剑桥模型中的应用

针对修正剑桥模型不能模拟土体剪胀性、应力路径转折时土体的应力应变特性以及应力引起的各向异性,将旋转运动硬化理论引入到修正剑桥模型中,给出了椭圆屈服面的旋转运动硬化机制,把等向硬化的修正剑桥模型扩展为旋转运动硬化模型.同时,为了能够反映砂土和超固结土的剪胀等本构特性,用统一硬化参量H代替修正剑桥模型中的等向硬化参数一塑性体积应变εpv,建立了一个新的基于旋转硬化与统一硬化参量的改进的修正剑桥模型.对修正剑桥模型、旋转运动硬化修正剑桥模型和新模型进行了定性对比,结果表明,新模型不但能够反映应力路径转折时土体的特性,也能描述土体的剪缩和剪胀.     

花岗岩残积土的动剪切模量和阻尼比试验研究

以广东台山花岗岩残积土为研究所对象,采用共振柱试验方法对不同应力状态下花岗岩残积土的动剪切模量G和阻尼比D进行测试,并进行模型适用性分析.结果表明,动剪切模量G与应变γ的关系整体呈典型双曲线形态分布,围压σ_0~'对G-γ曲线的影响随γ增大逐渐减小;围压对D-γ关系的测试结果影响不明显;双对数模型能够反映最大剪切模量G_(max)随围压的非线性递增趋势,工程中可以采取该模型对G_(max)参数进行预测;小应变下,土体G-σ_0~'关系曲线较为接近,当γ>10~(-5)时,各围压下G值衰减较快,工程参数选取时,应注意小应变范围内剪切模量随应力状态(深度)的变化差异.根据Martin-Davidenkov模型及选用的阻尼比经验公式对动力参数G/G_(max)和D进行拟合分析,并给出了小应变下动力参数的推荐值,可为同类工程提供技术参考.     

路用红砂岩粗粒土的流变特性试验研究

为了研究红砂岩粗粒土高速公路路堤填料的流变工程性质,利用大型三轴流变试验仪对路用的90区和93区红砂岩粗粒土进行低应力状态(σ3=100,200和300 kPa)的三轴流变试验,研究红砂岩粗粒土在低应力下的流变规律以及应力状态对体积流变分量和剪切流变分量的影响。引入Morgan-Mercer-Florin核函数,建立描述红砂岩粗粒土的体积流变分量-时间的关系和剪切流变分量-时间关系模型,提出红砂岩粗粒土最终体积流变量和最终剪切流变量公式。最后,建立一个基于Morgan-Mercer-Florin函数新的红砂岩粗粒土流变本构模型,确定压实度为90％和93％的红砂岩粗粒土的流变模型参数,并将Morgan-Mercer-Florin模型嵌入椭圆-抛物线双屈服面弹塑性本构模型,用于描述红砂岩粗粒土的粘弹塑性性质。流变试验结果表明:球应力(p)对最终体积流变分量影响很大,应力水平(S)对最终剪切流变分量影响显著,最终体积流变量和最终剪切流变分量可以分别用p和S表示。     

复合材料力学性能细观预测

利用细观力学平均应力场理论和割线模量，本给出了分析复合材料弹塑性能的统一模型，并详细地分析了单向增强，平面，空间任意取向，叠层等复合材料，弹性，屈服，硬化性能与微观结构的关系，模型预测结果与实验值吻合较好。     

砼-土界面抗剪特性试验研究

利用改进的直剪装置对砂岩泥岩混合土料和不同粗糙表面的混凝土块进行直剪试验,观察土料变形特征,探究不同的界面粗糙度对砼-土界面剪切特性的影响。通过简化应力应变关系曲线的方法得出计算参数,利用峰值剪应力得出接触面抗剪性能,分析切向刚度系数k的意义。通过观察可以证实土体的基本变形阶段和破坏变形阶段的过程,即达到峰值剪应力前的基本变形过程,之后的破坏变形过程。结合试验现象对两个阶段的土体摩擦过程进行分析,即土体与结构物接触面的摩擦过程和土体与残余在结构物上的土体的摩擦过程。     

液化地基自由场振动台试验的土性参数识别

基于已进行的液化地基自由场振动台试验,利用参数识别技术对试验记录的土体加速度和孔隙水压力进行分析,研究了场地液化机理及土的动力特性.由自由场振动台试验的土体加速度记录求出土体的动剪切应力—应变曲线,并研究了土体的动剪切模量及阻尼特性随动剪切应变的变化关系.结果表明:利用参数识别技术识别的土的刚度与土动力性质试验获得的数据基本一致,而阻尼要高于土动力性质试验的结果;孔隙水压力增长对土的剪切波速有影响,会引起土的刚度降低.     

中型动三轴仪研制及微小应变测试技术应用

常规土工三轴仪测试精度较低.为提高试验精度,引进微小应变测试技术,即在三轴压力室增设内置力、局部位移和非接触位移等测试装置,研制了中型动三轴仪.这不仅可以排除试样端垫误差,而且使试验精度提高了1个数量级,即轴向应变接近10-6.用该三轴仪,并综合运用力控和位移控制方法进行了动剪切模量和阻尼比试验.试验结果证明,该三轴仪具有精度高、性能稳定及操作简便等优点,可用于研究各种粗粒土的动力特性.     

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。     

单幅值动载下加筋红黏土路基动三轴试验分析

为探究红黏土路基在循环荷载作用下的动力特性,以柳州红黏土为试验研究对象,在不同加筋层数下对加筋红黏土进行固结不排水动三轴试验,研究加筋层数对加筋红黏土动力特性的影响。试验结果表明: 加筋红黏土的轴向累积应变随着加筋层数的增加而减小,但加筋的增幅作用呈现递减趋势,从无筋试样开始,相邻加筋层数轴向累积应变降低的幅度分别为14.5%、10.6%和6.4%;随着加筋层数和振次的增加,加筋红黏土的回弹模量逐渐增大,但是加筋对土体回弹模量的增强效果并不显著;加筋能有效减小加筋红黏土的体应变,且随着加筋层数的增加,加筋效果越显著,3层加筋相比于2层加筋,体应变降低的幅度达75.04%;利用滞回圈斜率k描述土体刚度和弹性性能,随着加筋层数和振次的增加,k值先平缓上升,随后迅速增大,说明土体的刚度和弹性得到提高,但加筋效果与加筋层数并不成正比。     

一种锯末-黏土混合地基土的动力特性试验研究

文章介绍了一种以锯末为主要成分,用于地基-基础-上部结构动力相互作用振动台模型试验的混合地基土。用循环单剪仪对混合地基土进行了动力特性试验,得出了动剪切模量比Gd/Gdmax和阻尼比λ随动剪应变γd变化的关系曲线,给出了该种混合地基土的动力特性参数。