花岗岩风化残积粘性土动力特性的试验研究

模拟地震作用,对福建省泉州地区的原状花岗岩风化残积粘性土的动应力应变关系、动剪切模量和阻尼比进行了试验研究.研究结果表明:这种残积粘性土在地震荷载作用下的动应力应变关系也可以很好地用双曲线函数关系来表示.动剪切模量随周围有效压力的增加而增加,随孔隙比的增加而减小,可以用一个经验公式来表示.这种残积土的阻尼比较一般沉积粘性土为高,主要影响因素是土的颗粒形状、组成和动应变幅值.     

非饱和土有效应力原理的探讨

通过对饱和土和非饱和土的有效应力原理的对比分析，以及非饱和土的土颗粒模型研究，总结了非饱和土的Bishop有效应力公式在理论上和应用上的不足。提出应当分别考虑外加应力和吸力对土样变形与强度的影响，推导出非饱和土的广义有效应力原理，并提出试验验证的基本思想。     

土水特征曲线预测非饱和黏土的抗剪强度

分别采用压力板法和滤纸法对一种孔隙比大致相同的黏土进行了测量土水特征曲线的试验, 并通过直剪仪试验测得不同含水率下该黏土的抗剪强度(简称强度). 试验结果表明: 压力板法和滤纸法测得的土水特征曲线大致相同; 同样竖向压力下, 抗剪强度随饱和度降低而增大, 但饱和度很低时强度反而减小. 饱和度主要影响黏聚力, 对内摩擦角的影响不大. 另外, 应用土水特征曲线对非饱和黏土的强度进行了预测. 通过引入有效饱和度的概念, 对非饱和土强度公式进行修正, 采用该公式预测非饱和土强度的精度比传统的平均骨架应力预测方法要高.     

非饱和多孔介质中弹性波动响应分析

基于多孔介质理论,考虑固体颗粒的压缩性和孔隙中两相流体的黏滞性等因素,利用颗粒间吸应力表示的有效应力公式,通过固相、液相及气相的质量和动量平衡方程,建立了非饱和多孔弹性介质的三相动力学控制方程.针对一维问题,考虑表面受到阶跃荷载作用的情形,首先运用Laplace积分变换并结合问题的非齐次边界条件给出了Laplace域内的动力响应解答;其次利用Laplace数值逆变换得到了问题在时域内的级数解,通过和已有的分析结果进行比较,验证了解答的正确性,并且数值验证了非饱和多孔介质中P₂波和P₃波的存在;最后通过数值算例,就非饱和土的剪切模量、孔隙率和渗透系数以及固体颗粒的压缩性等因素对土体波动响应的影响进行了参数分析.     

非饱和土中的有效应力

从饱和土有效应力的经典定义出发，讨论了工程计算中应用的一此非饱和土有效应力表达式。基于非饱和土中已广为接受的双应力变量公式，建议了一个非饱和土的广义有效应力定义并导出了它的理性公式，它能同时适用于饱和－非饱和土的数值模拟和计算。     

粘性土无侧限抗压试验PFC模拟的微观分析

无侧限抗压试验在研究粘性土的力学性质和破坏形态方面有着重要的作用,在本文中从微观方面出发利用颗粒流中的clump单元来模拟粘性土无侧限抗压试验的基本颗粒和 “柔性边界”。结果表明初始孔隙比、摩擦系数、 颗粒间的刚度和黏聚力都会对粘性土的力学性质和试样内部颗粒间粘结个数及排列方向的变化还有试样剪切滑移带的形态和相关内力变化产生显著的影响。     

概率统计法测算非饱和土渗透系数的理论研究

基于概率统计理论,从非饱和土的孔径分布函数(PSDF)及土水特征曲线(SWCC)出发,对非饱和土截面上各组孔隙进行归组分析,讨论不同孔隙连接情况下允许水流通过的有效面积,最终推导得到了非饱和土渗透系数的数学表达式.推导过程中,采用等分基质吸力区间的方法,基于毛细定律确定非饱和土截面上各组孔隙的特征半径.利用PSDF,讨论各种情况下不同孔隙连接的概率,从理论上得到任一吸力条件下非饱和土截面的有效渗流面积.最后基于阀门模型,计算得到非饱和土相对渗透系数.此外,将所推导公式与已有的非饱和土相对渗透系数计算式进行对比,通过理论分析,证明两者在本质上是一致的,且所推导公式可采用EXCEL直接计算,易于推广使用.     

非饱和土三维离散元计算中宏-细观参数关系探究

提出了一种建立非饱和土体宏-细观参数之间关系的方法,来建立在不同孔隙比和含水率等初始条件下非饱和土在不同应力路径下的离散元计算模型;通过编制离散元程序,基于接触粘结模型,对现有的PFC3D(Particle Flow Code in three dimensions)离散元程序进行改进,从而对在不同颗粒间粘结强度下的离散元试样进行一维固结的数值模拟试验来确定其结构屈服应力,并以结构屈服应力为桥梁建立颗粒间粘结强度随含水率变化的函数关系,最后建立能够反映真实非饱和土试样颗粒级配和在不同含水量下的离散元数值模型,为通过PFC3D等三维离散元软件研究非饱和土的基本力学特性提供思路.     

孔隙比对土体动力特性参数的影响-以豫东平原粉土为例

孔隙比是粉土重要的物性参数,影响着粉土的动力特性参数,进而影响到粉土场地的动力稳定性评价.为分析豫东平原粉土孔隙比对动力特性参数的影响规律,利用固定自由型共振柱测试仪,对取自豫东平原地区的粉土进行重塑共振柱试验,研究不同固结压力下粉土孔隙比对动剪切模量和阻尼比的影响.研究发现:不同孔隙比粉土动剪切模量随动剪应变的增大存在相同的衰减趋势,不同孔隙比粉土阻尼比随动剪应变的增大存在相同的增长趋势;固结围压一定时,粉土动力特性参数随孔隙比的增大而降低;在相同试验条件下,小孔隙比粉土的最大动剪切模量大于大孔隙比粉土的最大动剪切模量;用线性函数能较好地拟合粉土最大动剪切模量与孔隙比之间的关系.研究提出了适用于豫东平原粉土的动剪切模量比和阻尼比拟合函数及参数值,为粉土场地动力稳定性评价提供依据.     

粘土颗粒等效孔径的算法研究

非饱和土中随机复杂的孔隙特征,对土体的工程性质产生重要的影响。为研究土体微观特性,以不同黏粒含量的江西重塑红粘土为研究对象,进行土-水特征实验和土样一维毛细上升实验。研究得到土样孔隙分布情况,提出粘土颗粒等效孔径的算法公式,给出增量步取值方式并详细介绍了算法过程;验证了等效孔径公式的合理性,实现了微观结构的定量化;同时为最大毛细上升高度的计算提供了一种有效的方法。     

大连饱和黏土动力特性研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能扭剪仪,使用改进的真空抽吸法制备重塑饱和黏土空心试样,采用单独试样振后固结再振(加卸载)的试验方法,探讨了大连饱和黏土的动力特性.试验结果表明:在微小应变下避免孔隙水压力明显升高,使用单独试样通过改变固结压力的方法获得的最大动剪切模量Gmax和阻尼比ξ与用多个试样常规方法获得的结果很接近,是比较可靠的;卸压时的G随固结压力的减小而降低,下降的梯度比加压时的小.试验中将非接触式与接触式角位移计联合使用,以提高微小剪应变的测量精度.试验得到的归一化后的G/Gmax-γ和ξ/ξmax-γ基本落入一个很窄的范围内,并且由G/Gmax-γ和ξ/ξmax-γ关系曲线可用公式估算出G和ξ.采用这种单独试样振后固结再振的方法可以节省取样数量和解决土性不均匀问题,并且在试验结果可靠的基础上能够提供很多便利.     

压实膨胀土饱和抗剪强度的变动性

饱和抗剪强度是工程设计的基本指标与描述非饱和抗剪强度的基准,然而其具有一定变动性,为探讨变动规律,在四联直剪仪上对6种制样压实度下的荆门弱膨胀土开展一维无荷载膨胀-固结-慢剪试验,将其结果与不同水化状态下的三轴试验数据对比.结果表明:相同应力状态下孔隙比状态的差别是造成该变动性的主因;先期应力历史与水化状态的差别导致相同应力状态下孔隙比状态的差异.水化状态为浸水膨胀稳定(膨胀势完全释放)后的饱和状态时,有效黏聚力随孔隙比增大规律性降低,有效内摩擦角对孔隙比并不敏感.水化状态为膨胀势未完全释放的饱和状态时,有效内摩擦角显著高于浸水膨胀稳定后的相应值,原因是膨胀势引发的剪胀效应造成的剪切抗力提高,反映于有效内摩擦角的增大.浸水膨胀稳定后有效内摩擦角是低且稳定的,相关工程应用及描述非饱和抗剪强度时,建议选取浸水膨胀稳定后的饱和抗剪强度参数作为相应指标.     

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.     

各类土的动剪切模量和阻尼比的研究

土的动剪切模量和阻尼比是土动力学特性的重要参数,也是土层和地基地震反应分析中必备的动力参数。根据国内外土的动剪切模量和阻尼比的发展和研究现状,对比分析了确定土的动剪切模量和阻尼比的现场测试和实验室测试2种测试方法的优缺点,并分别对无黏性土、黏性土、其他类土以及重塑土的动剪切模量和阻尼比的国内外研究成果进行了总结和评述,指出了现有研究工作中有待解决和完善的问题,提出了今后的发展方向和研究设想。     

主应力轴旋转下饱和黏土动力特性的试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,对使用真空抽吸法制备的黏土试样,进行了耦合循环剪切试验.探讨了主应力轴连续旋转下,空心试样在微幅应变下的动力特性研究.试验结果表明:耦合试验得到的竖向分量动弹性模量和扭向分量动剪切模量的发展趋势与常规动力特性试验的动模量发展趋势基本一致:实测的竖向Emax比由扭向分量换算得到的Emax偏低,实测的扭向Gmax由竖向分量换算得到的Gmax偏高;竖向和扭转向阻尼比的结果比较接近.     

无黏性土的冲刷机理

无黏性土的剪切强度主要来源于颗粒间的摩擦力,无黏性土的抗冲刷主要来源于土粒重量。根据无黏性土颗粒冲刷过程中的受力平衡分析,无黏性土颗粒冲刷临界剪切应力(冲刷启动剪切应力)与颗粒粒径成正比,已有的砂、砾冲刷试验结果验证了无黏性土颗粒冲刷临界剪切应力理论。     

石灰土填料动力特性试验研究

在大量动三轴试验的基础上,深入研究了石灰土填料的动力特性.试验结果表明:动应变εd是影响土样动弹模量及阻尼比的最主要因素,随着动应变水平的提高,动弹模量Ed成倍减小而阻尼比λ成倍增大.随着掺灰比的增大,石灰土的动弹模量和阻尼比相应增大.动弹模量随围压σ3增减而增减,阻尼比λ随围压σ3的增加而减小.最大动弹模量Edmax与围压σ3呈指数递增关系;最大阻尼比λmax在7%～40%之间,与围压σ3呈指数递减关系,并建立了相应的经验公式.图10,表4,参14.     

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.     

饱和砂土蠕变特性实验

为证实和进一步了解砂土蠕变规律,利用室内改装的应力控制式三轴仪研究饱和砂土排水蠕变特性.实验结果表明:砂土蠕变受围压和密实度的影响较大,低围压下,砂样更易发生剪胀;密实砂蠕变变形量明显比中密砂小,密实砂比中密砂更易剪胀;侧向减载条件比轴向加载更易剪胀;在应力水平不超过0.8的情况下,Mesri蠕变模型对砂土蠕变规律拟合效果较好.