冲击荷载下土体动力响应与加载速率效应研究

为揭示土体在冲击荷载作用下的动态响应特征,运用自主研发的附加激发力式平板动力载荷试验系统（flat dynamic load test,简称FDLT试验）对广州大学城区内两种典型土体（砂土和黏土）进行了不同荷载大小和加载速率的FDLT试验,获取了土体在冲击荷载下的荷载-时程曲线、位移-时程曲线、荷载-位移曲线的3种关系曲线。建立了动态变形模量与加载速率的经验公式,对比分析了两种土体在冲击荷载作用下的加载速率效应。研究表明：（1）砂土的FDLT试验存在一个充电量临界值,在该充电量冲击试验过程中,加载速率对砂土的动态强度及变形有较大的影响,而对黏土在本次试验条件下未有明显影响。（2）加载速率对黏土与砂土的位移响应的相同之处在于,最大荷载和最大位移均随加载速率的增大而提高;不同之处在于,黏土达到位移峰值时间会随加载速率增大而延长,而砂土达到位移峰值时间随加载速率增大呈现先增加后减小的规律。（3）土体的动态变形模量与加载速率曲线呈对数变化关系。本研究成果可为土体动力特性研究、土的动静参数换算和工程设计提供依据。     

饱和层状砂土液化特性的动三轴试验研究

利用GDS动三轴试验系统采用等幅循环应变加载方式对含有不同厚度粉土的饱和层状砂土进行了液化强度试验。分析了均匀砂和含有不同粉粒层厚度的层状砂土在循环荷载作用下的变形和力学特性。试验分析表明：由于含粉粒夹层的层状土特殊的土体结构,其孔隙水压力发展规律与一般的无黏性砂土不同;饱和层状砂土的抗液化强度并不是随着粉粒层厚度的增加而单调增加的,而是存在一个临界点;液化临界剪应变的大小与液化判别标准和循环次数有很大关系。试验结果表明,粉粒夹层对层状砂土的液化特性有很大的影响,且更能模拟自然环境条件下的层状砂土地基液化特性。     

地震作用下自由场中饱和砂土的应力-应变推导

水平自由场地震响应分析是岩土地震工程实践的重要内容之一。利用香港科技大学土工离心机上的双向振动台,进行了饱和砂土自由场在水平双向地震作用下的动力模型试验。根据应力和应变的定义以及达朗贝尔原理,由试验观测的土体加速度、位移和孔隙水压力数据直接推导得到不同深度处砂土的应力和应变,揭示了振动过程中饱和砂土的应力路径和应力-应变关系演化过程,以及与超静孔隙水压力发展的联系。     

粉质海床波浪响应的数值模拟及试验研究

针对波浪荷载作用下粉质海床的动力响应问题,结合波浪槽模型试验研究的结果,提出了一种粉质海床在波浪作用下超静孔隙水压力增长的数值分析方法。计算结果表明：该方法能较好地拟合试验数据,揭示粉质海床孔隙水压力发展的机理,能运用于海床液化势的评价分析。     

变荷载作用下轴对称饱和半空间均质地基Biot固结分析

基于Biot固结理论,对随时间变化的变荷载作用下轴对称饱和半空间均质地基固结问题进行了分析。引入状态变量,利用Laplace-Haknel联合变换法,求解了状态方程,得到变荷载作用下饱和土骨架位移、应力、孔隙水压力及渗流量的一般积分形式解,通过算例详细分析了变荷载作用下二维地基固结问题。结果表明,对缓加荷载作用下地基,只有加载较快时,在地基较深处才有明显的Mandel-Cryer效应出现。在循环荷载作用下,多维固结情况下会出现负孔压现象。     

横观各向同性土体中压力隧洞的应力和位移计算

基于Biot固结理论,考虑了土体和孔隙流体压缩性,通过对控制方程的解耦,得到在横观各向同性饱和土体中圆形隧洞边界上作用随时间变化的轴对称荷载或流体压力所引起的应力、位移和孔隙水压力场在拉普拉斯变换域中的解析表达式,运用拉普拉斯数值逆变换进行算例分析,得到在时间域中的解,讨论了单级加载和循环加载对计算结果的影响,并与瞬时加载条件下的结果进行了比较。同时也分析了土体的横观各向同性性质对应力、位移和孔隙水压力场的影响。     

波浪荷载作用下饱和粉土反正弦孔压拟合参数影响因素分析

为探寻波浪荷载作用下饱和粉土振动孔隙水压力发展规律,试验选用近海地区广泛分布的粉土为研究对象,在不同的相对密实度、偏应力比及振动频率下,利用空心圆柱仪进行了一系列模拟波浪荷载的循环三轴-扭剪耦合试验,探讨饱和粉土在不排水条件下的孔压增长规律。试验结果表明,归一化后的振动孔隙水压力比与振次比之间的关系可以用反正弦三角函数来拟合。通过对不同相对密实度、偏应力比及振动频率下归一化孔压发展曲线的分析可知,随着偏应力比的增大,拟合参数θ呈线性趋势减小,随着相对密实度的增大,θ呈线性趋势增加,振动频率的变化对拟合参数θ影响不大。     

循环荷载作用下竖向排水板加固软黏土的孔隙水压力累积特性研究

采用大型动三轴试验仪进行重塑高岭土试样的循环三轴试验,试样直径为300 mm,高度为600 mm。圆柱体试样中心放置了一块竖向排水板,在循环加载试验进行时和结束后都可进行径向排水。试验结果验证了径向排水可以有效地消散循环荷载引起的孔隙水压力。通过结合径向固结理论与不排水循环加载土体模型,提出了一个循环荷载作用下径向固结模型,用来描述在允许径向排水的情况下软黏土在循环荷载作用下的孔压累积特性。模型中考虑了应力历史和孔隙水压力消散对孔隙水压力生成的影响,并用大型循环三轴试验结果进行验证。研究发现,当施加较大循环荷载时,径向排水减缓了孔隙水压力累积到临界值的速率,因而土体在破坏前可以经历更多次的循环荷载;当施加中等循环荷载时,径向排水可有效阻止孔隙水压力增长至临界值。除此之外,还研究了加载间歇期对孔压累积特性的影响,结果显示3组循环加载结束后,累积孔隙水压力开始减小,表明之后更多的循环加载并不会引起孔隙水压力的累积增长。     

单柱式海上风能建筑结构物——循环力作用下砂性土孔隙水压力的研究

单柱式海上风能结构物近年来引起各国的高度重视,德国制定了研究大型单柱式风能结构的计划。基于计划要求,通过对历年一些相关文献的研究分析,建立了新型的实验模型模拟单柱式海上风能结构,同时运用Fe程序进行了模拟,共同对砂土中单桩在循环力作用下土体中孔隙水压力变化进行了研究,并对不同渗透率砂土和不同频率的循环力条件下的土体孔隙水压力作了对比分析。得出了土体中孔隙水压力的存在和其存在的大小是受自身和周边条件影响的。此研究结果对于德国大型单柱式风能结构物的研究有一定价值。     

循环加载下X形桩竖向承载特性模型试验研究

实际工程中桩基经常受到各种动荷载作用,如高铁路基中的加固桩长期承受列车行车时产生的循环动荷载作用,桩基在循环荷载作用下的承载特性研究对动荷载下的工程设计至关重要。X形桩是一种在传统圆形截面桩基础上发展而来的新型异性桩技术,其承载机制不同于传统圆形截面桩。为了深入研究X形桩在循环荷载作用下的动力特性和荷载与沉降规律,开展了砂土中X形桩竖向循环加载大比尺模型试验。试验结果表明,随着循环加载的进行,X形桩顶产生累计沉降,且循环荷载比越大,加载频率越高,桩顶沉降越快;循环加载初期,X形桩顶动刚度降低,桩身轴力响应增大,桩侧摩阻力发生弱化,之后逐渐趋于稳定,且桩身下半段侧摩阻力较大;在同等加载条件下X形桩与等截面圆形桩相比,承受动荷载能力较强,桩侧摩阻力较大,长期循环加载作用下产生的累计位移较小。研究结果可为X形桩在动荷载作用下的工程设计提供参考依据。     

粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

Undrained Cyclic Pore Pressure Response of Sand–Silt Mixtures: Effect of Nonplastic Fines and Other Parameters

Literature regarding the pore pressure generation characteristics and in turn the cyclic resistance behaviour of silty sand deposits is confusing. In an attempt to clarify the effect of nonplastic fines on undrained cyclic pore pressure response of sand–silt mixtures, an experimental programme utilising around 289 stress-controlled cyclic triaxial tests on specimens of size 50 mm diameter and 100 mm height was carried out at a frequency of 0.1 Hz. Specimens were prepared to various measures of density through constant gross void ratio approach, constant relative density approach, constant sand skeleton void ratio approach, and constant interfine void ratio approach to study the effect of nonplastic fines on pore pressure response of sand–silt mixtures. The effect of relative density, confining pressure as well as the frequency and magnitude of cyclic loading was also studied. It was observed that the pore pressure response is greatly influenced by the limiting silt content and the relative density of a specimen corresponding to any approach. The influence of other parameters such as relative density, confining pressure and magnitude of cyclic loading was as usual but an increase in frequency of cyclic loading was seen to generate excess pore pressure at a higher rate indicating an impact load type of behaviour at higher frequency. Utilising the entire test results over a wide range of parameters a new pore pressure band for sand–silt mixtures in line with Lee and Albaisa (1974) has been proposed. Similarly another pore pressure band corresponding to 10th cycle of loading as suggested by Dobry (1985) and up to a shear strain of around 25% has been proposed. These two bands can readily be used by researchers and field engineers to readily assess the pore pressure response of sand–silt mixtures.     

强震作用下液化场地群桩动力响应及p-y曲线

为研究液化场地中群桩在强震作用下的动力响应特征及桩侧土抗力-桩土相对位移（p-y）曲线规律,依托海文大桥实体工程,基于振动台模型试验,开展了0.15g～0.35g地震动作用饱和粉细砂土层不同埋置深度下的砂土孔压比、桩身弯矩及p-y曲线动力响应研究。结果表明：地震动强度达到0.25g时,不同埋置深度下的饱和粉细砂土层孔压比均大于0.8,产生液化现象,且随埋置深度增加,孔压比增长时刻明显滞后;不同埋置深度下,桩身弯矩最大值均位于液化土层和非液化土层分界面处;同一埋置深度时,随地震动强度的增大,p-y曲线所包围的面积逐渐增大,其整体斜率逐渐变小,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐增大,桩周土体刚度逐渐减小;随埋置深度增加,p-y曲线所包围的面积逐渐减小,其整体斜率逐渐增大,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐减小,桩周土体刚度逐渐增大。因此,液化场地桥梁群桩抗震设计时,应综合考虑液化土层与桩基础的相互位置关系,确保桩基础在液化土层与非液化土层分界处的抗弯承载能力。     

粉细砂的室内无填料振冲试验研究

在室内严格控制的边界条件下,通过室内模型试验研究了粉细砂无填料在振冲中孔隙水压力增长与消散的规律、孔隙水压力空间分布规律、相对密度和静力触探指标与振冲次数之间的关系等。定性地验证了无填料振冲对于规范中未推荐使用的粉细砂土的适应性,并为后来某工程大面积地基处理成功地提供了参考。     

颗粒级配及初始干密度对路基翻浆冒泥特性的影响

重载铁路路基翻浆冒泥病害广泛存在且危害性极大,严重影响了轨道的稳定性和列车运行的安全性。铁路路基土体性质,如颗粒级配、孔隙比等对列车荷载作用下路基翻浆冒泥特性有显著的影响。利用自主研发的试验模型对粉质黏土与不同含量高岭土重塑试样进行翻浆冒泥试验,研究了不同颗粒级配（高岭土含量）、不同初始干密度（孔隙比）对循环荷载作用下试样的轴向应变、超孔隙水压力以及细颗粒迁移特性的影响。研究结果表明：随着高岭土含量以及初始干密度的增加,动荷载作用下试样产生的轴向应变、超孔隙水压力均减小,细颗粒迁移的平均高度降低,路基翻浆冒泥的程度减轻。通过试验发现,动荷载作用下试样内部的超孔隙水压力梯度是驱动路基土体细颗粒迁移的主导因素,试样产生的夹层对路基翻浆冒泥病害的发展具有一定的促进作用。     

The effects of surcharge on liquefaction resistance of silty sand

In the recent earthquakes, numerous cases of liquefaction occurred in sands containing both plastic and nonplastic fines that resulted in significant damage. Most previous research efforts have focused on clean sands regardless whether the sand contain fines or not made evident by widespread shallow foundation failures, numerous cases of settlement, and lateral displacement. Still, despite the amount of related research, results seem somewhat contradictory. This study directly demonstrates the beneficial or detrimental effect of uncertainty surcharges on seismic responses. Models were subjected to two destructive realistic events with similar PGA with various frequency contents and duration. In this paper, the dynamic analyses were conducted as fully non-linear elasto-plastic coupled stress-flow analyses with coupled liquefaction triggering which reasonably captured the actual behavior. The silty sand deposits underlying the surcharge are capable of liquefying and developing large shear deformations that can cause serious damage. Therefore, excess pore water pressure ratio cannot be enough by itself to evaluate liquefaction potential, so the deformations should be examined. Numerical results provide an estimate of the seismic performance liquefiable deposits underlying the surcharge; these results can be useful for a realistic practical engineering.     

上海浦东机场一跑道地基沉降规律

目前,软土地基沉降计算理论尚不完善,计算精度还较低。上海浦东机场一跑道地基为典型的软土地基,从道面竣工开始就进行了道面沉降观测,已积累了11a的沉降观测资料。这些资料对于认识软土地基沉降变形规律具有重要意义。本文通过对上海浦东机场一跑道道面沉降观测资料的分析,论证了一跑道地基沉降变形规律、建立了地基沉降模型。一跑道地基沉降以静载沉降为主,同时,飞机动载沉降、水位变动沉降也不可忽视。飞机动载沉降可以从跑道横断面实测沉降资料中分离出来,动载沉降多发生在通航2～3a内,之后,动载沉降增加缓慢。与飞机动载沉降相比,地下水位下降引起的地基沉降更大。不同时间,地基沉降组成不同,截止2009年4月,一跑道中心线附近地基平均沉降约为54cm,其中,静载沉降约为33cm、动载沉降约为5cm、地下水位下降引起的地基沉降约为16cm。     

Pore pressure generation in silty sands during cyclic loading

Recent developments in studies of soil response to earthquake loadings have made it possible to incorporate the rates of pore water pressure build-up in soils in to nonlinear response analyses of the grounds. Such pore pressure changes help in computing the changes in stress-strain behaviour of soils in the deposit progressively as the earthquake progresses. The rate and magnitude of pore pressure generation in soils during seismic loading will have important effects on the shear strength, stability, and settlement characteristics of a soil mass, even if the soil does not liquefy. The results in terms of pore pressure response in soils from a series of experimental investigations using strain-controlled cyclic triaxial tests on soils samples collected from liquefied sites are presented in this paper. The effect of relative density, amplitude of cyclic shear strain, number of loading cycles, confining pressure and frequency of cyclic loading on the pore pressure build-up are studied. Analytical expressions are proposed using regression analysis to define mean relationships between normalized pore water pressure and normalized cycles for the prediction of pore water pressure build-up in silty sands. Also, the pore water pressure build-up in soils is independent of frequency of loading.     

非饱和粉土路基内水分迁移规律试验研究

动载作用下非饱和粉土路基内部的水分迁移规律,对研究重载铁路在浸水状态下的路基稳定具有重要意义。基于范德堡原理,利用土样的电阻率特性,研制出一套基于GDS动三轴仪的非饱和土样含水率分布规律测试系统。利用该系统开展浸水动三轴试验,并对试验过程中非饱和试样的分层含水率进行连续测试,探究土样的初始压实度、动载的动应力幅值对非饱和土样内部水分迁移的影响规律。结果表明：该测试系统可在动三轴试验过程中对非饱和试样的分层含水率进行实时、无损、连续地测定,测试结果的最大误差为0.7%;非饱和土样在动载作用下随其含水率逐渐增大,土样的初始压实度对电阻率的影响程度减弱,接近饱和含水率时可忽略;土样初始压实度、含水率与土体电阻率具有确定的函数表达式,并具有良好的相关性及唯一性。结合试验结果分析认为：降雨及动荷载共同作用下,路基内水分在某一深度土体积聚,该区域孔隙水压力增大,强度降低,导致翻浆冒泥病害的发生;路基压实度及列车轴重增大,均会抑制路基内水分向下部迁移,有助于路基的稳定,但轴重增加,可能导致路基的失稳,当轴重大于临界动应力时,路基将发生破坏。     

粉质黏土周期荷载后的不排水强度衰化特性

在3种不同围压下进行了一系列重塑粉质黏土的静三轴和动-静三轴不排水剪切试验,得到了不同动应力水平条件下粉质黏土的孔压、动应变和不排水剪切强度值。通过对土样的不排水强度、孔压和动应变的无量纲化处理,确定了周期荷载作用后粉质黏土的不排水强度比与动载引起的孔压比和动应变比之间的相关关系。试验结果表明：粉质黏土在周期荷载作用后的不排水强度衰减程度取决于动载引起的动应变比值和孔压比值。当周期荷载引起的动应变比值小于0.1时,孔压比增长较快,土样的不排水强度几乎没有衰减;当动应变比大于0.1时,孔压比增长变慢,土样的不排水强度明显衰减;当动应变比值接近1时,孔压比值达到0.9,土样的不排水强度衰减程度约达到55 %