EPS颗粒混合轻质土与砂土的动力变形特性对比试验研究

在以干密度控制配比的原则下,对砂土与EPS颗粒混合轻质土（LSES）和其原料土砂土进行了动力变形特性对比试验研究。试验表明,LSES与纯砂的动弹性模量具有同样的随应变的增大而减小的性质,不同EPS颗粒体积含量和水泥掺入比的LSES动弹性模量普遍高于纯砂的动弹性模量。LSES与纯砂均显示出动弹性模量随围压的增大而增大的特性,围压对LSES的动弹性模量影响与纯砂相比相对较大。LSES与纯砂的等效阻尼比在整体上具有同样的随应变的增大而增大的性质。水泥掺入比较小时,LSES的等效阻尼比与纯砂相近;在高水泥掺入比下,不同EPS颗粒体积含量的LSES等效阻尼比均低于纯砂的等效阻尼比。LSES与纯砂均显示出等效阻尼比随围压的增大而减小的特性。围压对纯砂与LSES等效阻尼比的影响程度相近。     

循环荷载下加筋砾性土填料的动三轴试验分析

为探究循环动载作用下加筋砾性土填料的动力特性,在不同加筋层数和围压下对加筋砾性土进行了固结不排水动三轴试验,研究加筋层数和围压对加筋砾性土动力特性的影响,并进一步分析了加筋砾性土轴向累积应变发展机制。研究表明:加筋层数增加时,轴向累积应变减小,回弹模量增大,且加筋作用的影响幅度逐渐衰减;增大围压时,土体轴向累积应变减小,回弹模量和动孔压均随之增大;随着加筋层数和振次的增加,滞回曲线逐渐向应力轴靠近,滞回圈面积逐渐减小,土体耗能作用减弱。基于安定理论和间接影响带理论,揭示了加筋作用对轴向累积应变发展的影响机制。建立了能够反映加筋层数的加筋砾性土轴向累积应变预测模型,其条件参数a、b、g与加筋层数呈线性关系,可有效预测循环荷载下加筋砾性土路基沉降变形规律。     

水泥砾质土三轴试验研究

对某水泥砾质土进行了三轴固结排水剪切试验,研究在不同水泥掺入比下水泥砾质土应力-应变关系和强度特性。结果表明：随水泥掺入比的增加,水泥砾质土试样在不同围压下应力-应变关系曲线均表现出不同程度的软化和剪胀现象,尤其在低围压（200 kPa）和高水泥掺入比（8%）下,剪胀性比较明显;在相同水泥掺入比下,峰值强度 随围压的增加近似呈线性增长;与不掺水泥砾质土相比,水泥砾质土的内摩擦角 因掺入不同量的水泥而得到不同程度的提高,黏聚力 随水泥掺入比的增加呈增长趋势,且增幅显著;割线模量 和 均随围压和水泥掺入比的增加而增加。不同高度的心墙堆石坝三维有限元算例的计算结果表明：水泥砾质土作为心墙材料可以显著降低土石坝心墙沉降。     

动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土变形特性的试验研究

砂土与EPS颗粒混合的轻质土（LSES）是一种通过减轻地基压力、提高地基承载力以处理不良地基的新型轻质土工材料。由于LSES主要用作路基填土,因此,其在动荷载下的变形特性值得关注。基于室内动三轴试验结果,讨论了围压、水泥掺量、EPS含量以及循环加载次数对LSES动变形特性的影响。当围压较低时,LSES会呈现出与EPS块体相似的线性动应力-应变关系;而在较高围压下,LSES的动应力-应变拟合曲线则为双曲线型。在给定的应变水平下,LSES的割线动弹性模量Esec随着围压和水泥掺量的增加而增加,随循环加载次数的增多而逐渐衰减,EPS含量增多时,Esec-εd曲线更趋于平缓。     

重载铁路水泥改良膨胀土路基填料动弹模量及阻尼比研究

动弹模量与阻尼比是土动力学分析中的重要力学参数,考虑重载铁路荷载特征定量分析水泥改良膨胀土的动模量和阻尼比的较少。依托蒙西至华中地区铁路煤运通道(简称蒙-华铁路)工程为背景,采用南阳邓州市大山寨膨胀土,通过在不同频率、围压、固结比及动应力幅值下的持续振动三轴试验,研究了水泥掺量3%和5%水泥改良膨胀土的动弹模量及阻尼比,并与膨胀土素土进行对比分析。结果表明:水泥掺量3%和5%改良膨胀土的最大动弹模量约为膨胀土素土的3~4倍;在动弹模量-应变曲线中,动应变小于0. 002时表现为陡降段,动弹模量随动应变增长降幅达70%,而动应变大于0. 002时降幅较小,动弹模量随动应变增长趋于稳定;动弹模量随围压、频率、水泥掺量增加而增大,阻尼比随围压、固结比增加而减小;低应变水平下,固结比与动模量成正相关关系,高应变水平下,固结比与动弹模量成负相关关系。同时,对动弹模量及阻尼比进行了归一化分析,建立了估算动弹模量及阻尼比的经验公式。     

轻量砂变形及强度特性三轴试验研究

通过三轴试验系统研究了新型土工材料--轻量砂的变形及强度特性。结果表明,不同的配比、龄期使轻量砂具有不同的原生结构强度,围压使不同原生结构强度的土样处于剪胀或剪缩状态,导致发生应变硬化、应变软化以及相应状态下孔压的3种对应形态变化。变形模量随EPS（发泡聚苯乙烯）球粒掺入比的增大而线性减小,随水泥掺入比、龄期增大而线性增大,相同配比的土样变形模量与围压关系不大;三轴抗压强度随EPS球粒掺入比增大而呈负指数关系减小,随水泥掺入比、龄期、围压增大而线性增大,存在水泥掺入比阀值;土骨架转换效应对于土样强度的影响很大,造成了土体单轴、三轴抗压强度分带,高水泥掺入比能够大大弱化EPS颗粒的土骨架效应。结合前人成果,系统地研究了轻量砂密度、无侧限抗压强度的影响因素,引入材料学中比强的概念,提出了单价比强图结合配方公式的方法,对轻量土砂进行配方优化。分析了轻量土砂应力-应变关系转型问题,提出采用无侧限抗压强度来表征不同配比、龄期轻量土砂的原生结构强度。通过试验与数理统计,建立临界围压与原生结构强度的关系,为数值模拟计算与建立本构模型奠定了基础。     

反复冻融条件下粉砂土动力学参数试验研究

在大量冻融试验和动三轴试验的基础上,深入研究和分析了经历多次冻融循环后粉砂土动模量和阻尼比的变化规律。研究结果表明：同一动应变水平下,动应力大小与冻融次数、含水率呈负相关性,而与围压、加载频率、压实度呈正相关性;粉砂土的动应力-动应变关系存在明显的非线性,且随动应变水平的提高,动模量成倍减小,而阻尼比则成倍增大;随冻融次数的增加,动模量降低而阻尼比则增大,且经历6次冻融后均趋于稳定,建议将6次冻融后的力学特性作为设计与计算指标;围压和压实度的提高有效增强了土颗粒之间的骨架作用,动模量随围压和压实度的增减而增减,阻尼比则随围压和压实度的增加而降低;含水率的变化对阻尼比的影响不大,而当土样达到饱和状态时,动模量成倍降低;加载频率对阻尼比的影响较大,并随频率的提高而迅速降低。     

循环荷载下红层泥岩土的动态特性

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究了其在循环荷载下的动态特性。分析了应变和围压对动态参数(动模量、阻尼比)的影响,在对动模量归一化的基础上,并考虑最大阻尼比与围压的关系,提出了一个阻尼比的计算方法。引入了动应力水平的概念,由试验数据得到红层泥岩土的临界动应力水平为30%左右。动强度随围压增加而增大,而随振次的增加减小;在较小的破坏应变标准下,动应力对动强度的影响起主导作用,破坏应变标准增大时,振次的影响起主要作用。根据累积应变曲线的发展趋势,把红层泥岩土的累积变形分为稳定型和破坏型,分析了产生不同变形曲线的原因,并分别采用不同的经验公式对两种累积变形进行计算,得到了各参数的取值范围。     

福州淤泥质土动力特性室内试验研究

沿海高速公路、铁路和地铁的迅速发展,使得长期循环荷载作用下的软基变形问题日渐突出。借助GDS动三轴仪,对福州淤泥质土进行动三轴试验。研究了不同围压下淤泥质土在循环荷载作用下的动应变、动强度、动剪切模量和阻尼比特性,重点分析了固结围压和动应力幅值对淤泥质土动强度的影响,由此建立了围压、振次与土体动强度的经验关系,该关系可用以估算不同深度土体在循环荷载作用下的动强度。试验结果表明:福州淤泥质土的动强度随着围压增加而增加,随着振次的增加而减小,且强度很低,动黏聚力的大小为0.3~4.0kPa,动内摩擦角的大小为7°~10°。此外,给出了淤泥质土在大应变条件下的动剪切模量和阻尼比。研究结果对进一步认识该地区淤泥质土的动力特性以及对实际工程设计中合理选择土的动强度参数具有理论及实际意义。     

粉土循环累积应变和残余动模量的试验研究

粉土地基上建造的铁路或公路在交通荷载作用下易产生各种病害,导致基础设施不能正常工作。为研究交通循环荷载作用下粉土的累积变形和动力性能,针对钱塘江粉土开展一系列的循环三轴试验,探讨土体物理条件（相对压实度、含水率）和应力特征（频率、围压、动应力比）等对粉土累积轴向应变、动模量和阻尼比等的影响。试验结果表明,钱塘江粉土的临界动应力比约为0.11,当轴向动应力小于临界动应力时,粉土的动模量变化很小,相应的累积轴向应变也很小;当动应力超过临界动应力后,土样的动模量快速下降,残余动模量约为初始弹性模量的20%,同时,动模量和阻尼比随着累积轴向应变（或名义振次）的发展变化显著。粉土的动模量和阻尼比在归一化后可得到统一规律：在轴向应变（或名义振次）小于一定值时,动模量几乎不变,而后呈指数形式衰减,最终趋于稳定值;粉土阻尼比随着轴向应变（或名义振次）的发展呈指数关系增长。     

黄河三角洲粉质土的动模量和阻尼比试验研究

结合室内共振柱和动三轴实验,对黄河三角洲饱和原状粉质土体(粉土、粉砂、粉质粘土)动模量和阻尼比的影响因素和发展规律进行了详细的研究。研究表明,在粉粒和粘粒含量对动模量的共同影响中,粉粒含量起着举足起重的作用;侧限压力对归一化剪模比和阻尼比的影响均较显著,相比粘粒含量的影响不大。通过与Seed建议的砂土及饱和粘土的G/Gmax~曲线和~曲线进行对比,结果显示研究区的粉质土相比一般的砂土和饱和粘土而言,其动力变形特性更接近于砂土,但是与砂土也存在着非常明显的差异;其发展规律与其他地区沉积粉质土也较为不同,具有明显的区域性。采用修正了的Hard in-D rnevich模型和对数模型分别对G/Gmax~曲线和~曲线进行拟合,给出了三类粉质土的归一化动力变形G/Gmax~/r关系曲线,对模型中有关参数的影响因素做了初步的探讨。     

循环荷载作用下高温-高含冰量冻土特性试验研究

为了研究高温-高含冰量冻土这种极不稳定土体的动力学特性,开展了固结围压为0.3、0.5、1.0、3.0、5.0 MPa,控制温度为-0.5、-1.0、-2.0、-4.0 ℃、初始含水率为50%的高含冰量青藏线重塑冻土的动三轴试验。根据试验结果,提出了用广义的双曲线模型来描述动应力-应变关系,并且给出了模型参数预报关系式;基于动弹性模量和轴向应变之间的非线性关系,提出?3 =0.5 MPa为临界围压。当围压大于0.5 MPa时,动弹性模量随着动应变的增大呈减小的趋势;当围压小于0.5 MPa时,动弹性模量随着动应变先增大后又减小;此外,动阻尼比随应变幅值和围压的增大而增大,随着温度的降低,动阻尼比变小。     

福州地区典型土动剪切模量与阻尼比的试验研究

通过对福州地区淤泥、淤泥质土、粉质黏土、粉质黏土与粉砂互层土、粉砂、残积土等6类典型土的共振柱试验,详细探讨了围压大小、土的性质对这6类典型土的动剪切模量G及阻尼比? 的影响。通过试验和理论分析,给出了福州地区6类典型土在不同围压下的G/Gmax和? /?max随? 变化的平均曲线及其参数的推荐值,并定量地给出围压对这6类典型土G/Gmax和? /?max随? 变化的平均曲线的参数的影响规律,对实际工程具有一定的借鉴作用。     

固结压力相关的黏土动力特性模型研究及应用

对一种粉质黏土进行了不同固结压力下的循环单剪试验,得到了相应各固结压力下的动剪模量和阻尼比随动剪应变幅值非线性变化的 曲线和 曲线,并对其进行了归一化。试验结果表明,即使是归一化以后的动力特性曲线,仍然因固结压力不同而出现差异;固结压力越大, 曲线衰减越慢,而 曲线增加也越缓。通过建立最大动剪模量、最大阻尼比和参考剪应变与固结压力之间的试验关系式,建议了一种实用的固结压力相关的黏土动力特性模型。最后,通过算例表明,场地土体动力特性随固结压力而变化的特征不但会影响场地地震反应的幅值,而且将影响其频谱特性,且场地覆盖层厚度越大,影响越强烈。     

Dynamic Properties of Soft Clay and Loose Sand from Seismic Centrifuge Tests

Appropriate evaluation of shear modulus and damping characteristics of soils subjected to dynamic loading is key to accurate seismic response analysis and soil modeling programs. Dynamic centrifuge experiments were conducted at C-CORE (Memorial University of Newfoundland) centrifuge center to investigate the dynamic properties and seismic response of soft clay and dry loose sand strata. Soft clay with shear strength of about 30 kPa and well graded silica sand at about 35% relative density were employed in a rigid container to simulate local site effects. Several earthquake-like shaking events were applied to the model to evaluate variation of shear modulus and damping ratio with shear strain amplitude and confining pressure, and to assess their effects on site response. The estimated modulus reduction and damping ratio were compared to the predictions of empirical formulae and resonant column tests for both soft clay and loose sand. The evaluated shear modulus and damping ratio were found to be dependent on confining pressure in both soil types. Modulus variation in both soils agreed well with the empirical curves and resonant column test results. However, the sand modulus values were slightly higher than the empirical relations and resonant column tests. This discrepancy is attributed to higher stress and densification of sand during large amplitude shaking applied to the model. The damping ratio at shear strains lower than 0.5% was in reasonable agreement with the empirical curves and the resonant column tests in both clay and sand models, but was generally higher at shear strain larger than 0.5%.     

Influence of Shear Strain on the Poisson’s Ratio of Clean Sands

In the present study, a series of resonant column tests was performed to determine the influence of confining pressure, shear strain and relative density on the dynamic properties and Poisson's ratio of poorly graded clean sand. The tests were performed on the sand specimens of size 50 × 100 mm compacted at relative densities 30, 50 and 75 %. To achieve the corresponding relative density, sand was compacted in 5 equal layers with a specific number of blows. A fixed-free type resonant column apparatus was used to determine the dynamic soil properties at various confining pressures. It has been inferred from the data that the shear modulus (\(G\)) increases with an increase in confining pressure and relative density; and decreases with an increase in shear strain. In addition, damping ratio (\(D\)) decreases with an increase in confining pressure and relative density; and increases with an increase in shear strain. In addition, Poisson’s ratio (\(\nu\)) decreases with an increase in confining pressure and relative density and increases with an increase in the shear strain. The variation of shear modulus with Poisson’s ratio is also discussed. It has been found that there has been a decrease in shear modulus with an increase in Poisson’s ratio of the soil. It is noticed that the small strain shear modulus determined from the present study closely matches with the value determined using the correlations from the literature.     

基于相关函数理论的动模量和阻尼比计算新方法

基于相关函数理论,提出一种新的计算动三轴试验动模量和阻尼比的方法。假设土体为黏弹性体,采用自相关函数分析应力、应变波形的平均幅值,进而计算动模量;采用互相关函数分析应变滞后于应力时程波形的相位差,进而计算阻尼比。利用饱和珊瑚砂、南京细砂和原状粉质黏土的不排水应变控制分级循环加载试验数据,分析结果表明：动模量和阻尼比计算的相关函数法对不同土样具有普适性;应变幅值小于1×10?4时,相关函数法计算动模量及阻尼比的精度明显优于传统的滞回圈法;应变幅值大于1×10?3时,土体呈现强非线性特性,应力-应变滞回圈不对称,相关函数法计算的阻尼更为可靠。     

振动频率对LCES动力特性的影响分析及其机理初探

通过室内动三轴试验研究了0.02 Hz,0.1 Hz,1.0 Hz 3种振动频率对黏土与EPS颗粒混合轻质土（LCES）动力特性的影响。结果表明,振动频率对LCES的动力特性有明显的影响,当振动频率在0.02~1.0 Hz范围内变化时,随着振动频率的降低,试样的轴向动应变和阻尼比增大,动强度和动模量减小。和小频率加载相比,大频率加载情况下的孔压发展较慢,即有效应力相对较大,所以动应变越小而动强度越大。最后,从平均加载速率的概念出发,讨论了振动频率对土动力特性的影响。