地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变特性

目的研究地铁行车荷载作用下隧道周围土体变形特性,为城市地下轨道交通工程设计、施工及运营期间的安全稳定评价提供参考.方法通过室内动三轴试验,探索地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变发展规律,在此基础上,利用数理统计知识计算各因素及因素之间的耦合作用对累积塑性应变的影响率.结果在相同试验条件下,累积塑性应变随围压增大而减小,随固结比增大而减小,随动应力幅值增大而增大,随频率增大而减小,随振动次数增大而增大.结论单因素中动应力幅值对累积塑性应变的影响最大,其次是围压和频率,最后是振动次数;围压与振动次数、频率与振动次数之间的耦合作用对累积塑性应变的影响可忽略不计;因素之间的耦合作用在一定条件下比单因素对累积塑性应变的影响效果要显著.     

非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学响应

为了研究非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学性质,进行了非饱和粗、细颗粒混合土动三轴的离散元数值分析。根据室内动三轴试验结果标定PFC2D接触模型参数,进行非饱和粗、细颗粒混合土动三轴离散元模拟,分析其细观力学机理。结果表明:离散元模拟结果与室内试验结果曲线拟合度基本一致,能较好地反映非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下力学特征。相同含水率条件下,粗、细颗粒混合土的累积动应变随动应力幅值的增加而增大;随围压的增加先小幅度增大后再大幅度减小。孔隙度随动应力幅值的增大而减小;随围压的增大也减小。试样颗粒在剪切过程中,上下端运动速度最大,整体呈现对称递减状,中部运动速度最小。     

粗粒土的动力行为特征及永久变形特性研究

通过对粗粒土填料开展动三轴试验,分析了不同围压、轴向动应力作用下粗粒土的轴向永久应变发展规律.依据安定理论和累积应变速率随累积塑性应变的变化趋势,对粗粒土试样的永久变形行为进行了划分,建立了考虑应力状态及动荷载次数的永久变形预测模型,并给出了不同动力行为类型的参数取值范围.结果表明:轴向应变速率随累积应变的变化规律可作为划分粗粒土动力行为类型的依据;粗粒土试样的受力状态(围压、动应力幅值)对永久应变速率的影响显著;可用幂函数来描述粗粒土永久变形随动荷载的累积特性,函数参数可反映围压和动应力幅值的影响.研究结果有助于加深对粗粒土填料变形响应特性的理解.     

深海能源土含气储层边坡稳定性研究

深海能源土开采不当往往会造成含水合物储层的强度劣化,诱发海床失稳问题。为探究深海能源土开采对含气储层边坡稳定性的影响,以深海能源土采挖回填装置的开采工况为实际工程背景,针对3种工况下能源土采挖回填诱发的海底滑坡现象,基于有限元强度折减法建立数值模型,分析不同黏土含量、含气量及回填加固等因素引起的水合物含气储层稳定性问题,得到相应安全系数。研究结果表明：黏土含量越高,海底沉积物边坡的安全系数越低,边坡稳定性越差;含气量对深海能源土含气储层的边坡稳定性呈非线性影响,安全系数随含气量的增加呈先上升后下降的趋势;采用胶结性材料进行回填加固处理可提高海底边坡安全系数,边坡稳定性增强。     

交通荷载下路基土动应力应变累积的特性

采用模型试验、循环荷载单轴压缩试验及原位监测试验与理论分析相结合的方法,研究了交通荷载下路基土动附加应力的时空分布规律,提出了路基土动附加应力累积效应的概念,探讨了动附加应力累积与荷载次数、荷载频率、动附加应力水平及深度的关系,分析了交通荷载下路基土塑性应变行为。由此得出动应力累积随加载次数的增加而增大,随深度的增加渐趋平缓,并确定了红黏土的临界应力水平为50%,建立交通荷载下路基土动附加应力量化模型和永久变形量化模型。最后,给出了交通荷载下路基土工后沉降的3种组成模式及其相关控制技术。     

循环动载下土工格栅加筋砾性土动力特性试验分析

为探究相同动应力比和相同动应力幅值下围压对加筋砾性土动力特性的影响,通过GDS动态三轴测试系统开展了土工格栅加筋砾性土动三轴试验。研究了相同动应力比和相同动应力幅值下围压对加筋砾性土轴向累积应变、回弹模量、动孔压的影响。结果表明:动应力比相同时,围压增大轴向累积应变随之增大,而动应力幅值相同时其规律恰恰相反;随围压的增大,回弹模量和动孔压均增大;相同动应力幅值时,回弹模量在振动初期的衰减较为明显,围压为120 kPa时衰减现象最为显著;随着围压的增大,动孔压均呈增大趋势,而孔压比基本维持在0.5左右,表明加筋砾性土具有良好的抗液化性能。     

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。     

铁路路基粗粒土填料累积变形试验研究

为了研究粗粒土路基在长期循环荷载作用下的累积变形规律,开展了一系列动三轴试验,分析了不同动应力比、围压及压实度对粗粒土累积变形的影响。研究结果表明:循环次数为1 000次时的累积应变大约为总累积应变的75%,累积应变随着动应力比的增大而增大;当动应力比相同时,围压越大,累积应变越大;粗粒土累积应变随压实度的增大而减小,说明提高压实度能够有效抑制累积应变发展。基于试验结果,提出了能够反映动应力比、围压及压实度影响的粗粒土累积应变预测模型,与试验结果对比有较好的一致性,研究结果可铁路路基变形的预测提供参考依据。     

孔隙填充型深海能源土的离散元成样

针对孔隙填充型水合物的赋存形态,提出了一种新的制备孔隙填充型能源土试样的数值成样方法.孔隙填充型水合物的砂性能源土试样是由砂粒和水合物颗粒混合而成的特殊的散粒体材料,具有明显的非连续特征.在土骨架的孔隙中,将水合物块体视为由颗粒通过强胶结作用凝聚而成的团簇整体,随机填充生成不同水合物饱和度的沉积物试样,开展能源土宏观力学特性的离散元固结排水三轴压缩试验模拟,并从应力应变、体变、接触组构等方面进行分析.结果表明,水合物饱和度的增大对低饱和度的孔隙填充型能源土试样的初始弹性模量和强度影响较小.有效围压相同时,孔隙填充型能源土试样的体积剪缩量随着水合物饱和度的增大而减小;而水合物饱和度相同时,能源土试样强度及体积剪缩量随着有效围压的增大而增大.能源土试样的剪胀角随有效围压的增大而近似线性减少,随水合物饱和度的增大而趋于线性增大.颗粒间接触方向随着轴向应变的增大而朝竖直方向偏转.     

吸力控制下非饱和粉土的动力变形特性

利用美国GCTS公司生产的吸力可控USTX-2000全自动非饱和土/饱和土动三轴仪, 在控制吸力条件下对非饱和粉土的动力变形特性进行试验研究. 开展循环荷载下的动力变形试验, 得到了非饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比. 试验结果表明: 在动荷载作用下, 吸力控制下的非饱和粉土动应力应变关系骨架曲线呈双曲线形, 且吸力越大, 骨架曲线越高; 非饱和粉土的动弹性模量随吸力的增大而增大, 但没有净围压增大效果显著; 非饱和粉土的阻尼比随吸力的增大而减小, 但减小幅度没有净围压增大那样显著; 非饱和粉土的动应力应变关系骨架曲线、动弹性模量以及阻尼比随吸力的变化规律可用非饱和土的平均骨架应力值的变化解释.     

动力作用对复合固化淤泥土力学性能的影响

利用GDS(global digital system)动三轴仪对固化淤泥土开展动三轴UU试验,研究其轴向累积应变、动强度、动应力-动应变滞回曲线和动弹性模量等参数的变化规律。研究表明:固化土轴向应变随振动次数呈阶梯状分布,轴向应力较小时,固化土轴向应变先随振动次数增加而增大,随后趋于稳定,且固化掺量越高,轴向累积应变越小。固化土的动应力-动应变曲线呈应变硬化型,试样发生剪胀破坏,固化剂掺量越大,曲线越陡。复合固化剂掺量和围压越大,滞回圈的面积越小,其位置越靠近竖轴;滞回圈的面积先随振动次数的增加逐渐增大,当振动次数超过1 000次后,其面积逐渐维持稳定。经复合固化改良后,淤泥土的初始动弹性模量有显著提高,且围压越高,动弹性模量越大,但在动力作用下变化显著,当应变超过1.0%后,固化土的动弹性模量与素土变化一致。     

干湿循环次数对粉质黏土动力特性的影响研究与预测

库水位周期性涨落和水库诱发微震的耦合作用,对土体的变形特性和力学性质的影响不容忽视.采用电液伺服土动三轴试验系统,对经历不同干湿循环次数的饱和粉质黏土进行了不排水三轴动力试验,探讨干湿循环对动变形、动孔压、动弹性模量等动力特性的影响效应;并结合动力学参数指标的发展规律,建立与干湿循环次数和累积塑性应变发展有关的预测模型.研究结果表明:经历干湿循环后土体内部结构产生了不可逆的变化,随干湿循环次数的增加,累积塑性应变呈现增大趋势,残余孔压比、弹性模量均呈现减小特征,且干湿循环的影响趋势逐渐减小;建立的关于干湿循环次数相关的修正模型,能够相对准确地描述和预测历经多次干湿循环后土样的累积塑性应变、残余孔压比和动弹模的发展规律.     

石灰改良路基填料的动力特性试验研究

利用GDS动三轴仪对石灰改良路基填料开展动三轴UU试验,以石灰掺量、围压及动应力幅值为变量,分析了石灰改良土的累积轴向应变及应力应变滞回特性的变化规律。试验结果表明:首级加载下,各土样的轴向变形随循环加载次数增加先增大后趋于稳定,素土变形最大,2 000次振动后累积轴向应变接近6%,各石灰改良土在2 000次振动后累积轴向应变低于2%,其中L_C=6%约0.57%;同一石灰掺量下,土体变形随动应力幅值增大而增大,随围压增大而减小;土样的应力应变滞回圈随围压增大越靠近竖轴,面积越大,抵抗变形能力变强,滞回圈随动应力幅值增大距离竖轴越远,抵抗变形能力越弱。     

动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)的强度标准及破坏机理研究

砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)是一种在室内试验及现场应用中都难以饱和的土工材料,因此其动强度只能选择应变作为破坏标准.通过分析LSES的强度组成和动三轴试验结果,认为其在动荷载下的应变累积经历了3个阶段:初压阶段、强化阶段和破坏阶段,并由此选择压应变的最大值作为其破坏应变εaf.围压、水泥掺入量和EPS体积分数对εaf都有显著影响.随着围压和EPS体积分数的增大,εaf增大;而随着水泥掺入量的增大,由于LSES塑性的变化,εaf则经历了先增后减的过程.     

土工合成纤维土动力特性试验研究

通过动三轴试验,研究围压、纤维长度、纤维细度和配合比等因素对聚丙烯纤维加固粉砂的动应力-应变关系及动强度的影响规律。结果表明:纤维土的动应力-应变关系呈应变硬化型,近似双曲线;围压对纤维土动应力-应变关系和动强度的影响较大,纤维土的动弹性模量和动强度随围压的增大而增大,随振动次数的增加而降低;纤维越细,动强度越大,抵抗变形的能力越强;纤维的掺入对土体动摩擦角的影响不大,主要提高了土的动黏聚力。     

冻融对严寒地区湿地软土路基累积应变影响

以绥满高速卧白施工段湿地路基软土为研究对象,将土样经过不同冻融循环处理后,使用动三轴仪器进行试验,分析该湿地地区的路基软土受冻融作用后,在不同动应力下累积应变随振次的变化规律.结果表明:在加载初期(振次N≤500),累积塑性应变会随着振次的增加而迅速增加,而当振次N≥1000后,其增长速率逐渐减缓且趋于平稳;随着冻融循环次数的增加,累积塑性应变量增大;随着振次的增大,滞回圈越来越瘦小,滞回圈的排布也越来越密集;提出平均增长比,用以表示间隔某几次冻融前后的最终累积塑性应变差值受冻融影响的程度;提出一种新的累积塑性应变拟合模型,缩小了指数模型累积塑性应变随振次变化的程度,该模型更加符合"稳定型"累积塑性应变随振次发展的形态;分析了相关拟合参数随冻融循环、动应力的变化趋势.     

灰土增强体复合土动力特性试验研究

通过灰土增强体复合试样的动三轴试验,研究了动荷载作用下围压、置换率、初始干密度及初始含水量对复合试样动弹模量的影响.研究表明:经过置换后,复合试样的动弹模量得到提高,灰土增强体复合试样的动弹模量随应变水平的增长而降低,在相同的动应变水平下,随围压、置换率、初始干密度的增大而增大,随初始含水量的增大而降低;粉土复合试样的最大动弹模量也随围压、置换率、初始干密度的增大而增大,随初始含水量的增大而降低.     

循环荷载作用下江西重塑红黏土动力特性试验研究

以江西东乡县重塑红黏土为研究对象,在不同物态和应力状态下进行室内动三轴试验研究。主要研究在不同含水率和固结围压条件下,红黏土破坏动应力-破坏振次关系、动黏聚力和动内摩擦角、动应变-动弹性模量关系以及阻尼比的变化规律。试验结果表明:相同破坏振次条件下,高固结围压和低含水率能提高土破坏时的动强度。土的动黏聚力和动内摩擦角随着土样含水率的增加线性递减。红黏土动弹性模量随着轴向动应变的增加而减小,同时动弹性模量的减小幅度也越来越小,最后趋于平缓。相同轴向动应变条件下,高固结围压和低含水率土样的动弹性模量更大。拟合后的红黏土动本构关系符合Kondner双曲线模型。红黏土的阻尼比随着固结围压和含水率的增大而增大。     

江西重塑红黏土动特性研究

本文以江西东乡县重塑红黏土为研究对象,在不同物态和应力状态下进行室内动三轴试验研究。主要研究在不同含水率和固结围压条件下,红黏土破坏动应力-破坏振次关系、动粘聚力和动内摩擦角、动应变-动弹性模量关系以及阻尼比的变化规律。试验结果表明：相同破坏振次条件下,高固结围压和低含水率能提高土破坏时的动强度。土的动粘聚力和动内摩擦角随着土样含水率的增加线性递减。红黏土动弹性模量随着轴向动应变的增加而减小,同时动弹性模量的减小幅度也越来越小,最后趋于平缓。相同轴向动应变条件下,高固结围压和低含水率土样的动弹性模量更大。拟合后的红黏土动本构关系符合Kondner双曲线模型。同时红黏土的阻尼比随着固结围压和含水率的增大而增大。     

红砂岩风化土路基瞬态饱和区动弹性模量和阻尼比试验研究

连续降雨后的红砂岩风化土路基瞬态饱和区土体骨干曲线、动弹性模量和阻尼比是进行路基动力特性分析的关键因素.为研究红砂岩风化土路基瞬态饱和区在重载列车荷载作用下的动力特性,采用中砂与不同含量红黏土重塑土样进行动三轴试验,探讨了细粒含量、围压对瞬态饱和区土体骨干曲线、动弹性模量和阻尼比的影响.研究表明:含细粒砂土的骨干曲线符合Konder双曲线模型;细粒含量对动弹性模量和阻尼比的影响并不是单调的,而是存在一个临界值,在临界值前后,动弹性模量和阻尼比随细粒含量的变化趋势相反,文中所用试样的临界细粒含量在20%左右;围压对土体动弹性模量和阻尼比有显著的影响,随着围压的增大,动弹性模量增大,阻尼比减小.