循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现

在波浪循环荷载作用下饱和软黏土地基出现孔隙水压力升高,并导致不排水强度弱化,严重影响防波堤的承载性能。考虑静偏应力影响,基于最大孔隙水压力发展模型和正常固结软黏土不排水强度公式,推导出软黏土不排水强度随循环荷载作用次数和应力水平变化的动态折减规律。结合软黏土不排水强度动态折减规律和M-C屈服准则,在有限元软件ABAQUS上实现软黏土不排水强度循环弱化分析的数值开发和动力运算过程。运用该动力有限元方法对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算。结果表明,最大孔隙水压力发展曲线以及循环荷载作用后不排水强度的数值预测结果与动三轴试验结果吻合良好。另外,动力有限元方法（DFEM）能够表示土体强度在循环荷载作用下的具体弱化过程。     

循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现EI北大核心CSCD

在波浪循环荷载作用下饱和软黏土地基出现孔隙水压力升高,并导致不排水强度弱化,严重影响防波堤的承载性能。考虑静偏应力影响,基于最大孔隙水压力发展模型和正常固结软黏土不排水强度公式,推导出软黏土不排水强度随循环荷载作用次数和应力水平变化的动态折减规律。结合软黏土不排水强度动态折减规律和M-C屈服准则,在有限元软件ABAQUS上实现软黏土不排水强度循环弱化分析的数值开发和动力运算过程。运用该动力有限元方法对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算。结果表明,最大孔隙水压力发展曲线以及循环荷载作用后不排水强度的数值预测结果与动三轴试验结果吻合良好。另外,动力有限元方法(DFEM)能够表示土体强度在循环荷载作用下的具体弱化过程。     

双向近场地震下结构性软黏土震陷特性研究

软黏土的震陷效应与土体的结构性有着密切联系,但目前关于土体的结构强度对震陷影响的研究还较少。自然界中很难获取到物质成分相同而结构性质不同的土,为了对P波和S波耦合作用下结构性软黏土的震陷特性进行深入研究,人工制备了物质成分相近而结构强度不同的软黏土,通过开展两组动态围压下的动三轴试验,探讨结构强度、双向动荷载和P波与S波的相位差对其震陷特性的影响规律。试验结果表明：双向激振下,轴向动荷载与结构屈服应力比值越大,双向动荷载的耦合对轴向残余应变积累速度的加速作用越明显;相位差对轴向残余应变的影响则取决于土体结构强度,结构强度越小,影响越大。双向近场地震中,径向动荷载一般会加速震陷的发展,加速作用的大小与土体结构强度大小有关,结构强度越小,加速作用越明显,但轴向动荷载的剪切作用对结构性软黏土的残余应变积累仍起主导作用。研究结果可为软土地区综合防灾提供有益参考。     

武汉鹏湖湾地区老黏土动力响应特性及强度弱化规律研究

岩溶区老黏土在人类工程活动所引起的动荷载作用下,会产生动力变形特性的改变,强度参数也会发生相应的弱化,最终导致土洞上覆盖层结构性的破坏。以武汉市鹏湖湾地区的老黏土为研究对象,结合该岩溶塌陷场地的工程地质条件,开展相应的室内动三轴试验,研究老黏土在围压、动应力比和循环次数等因素变化时的动力响应特性和强度弱化规律,提出其在循环荷载作用下的强度弱化模型。结果表明,随着围压、动应力比及循环次数的增加,老黏土的孔隙水压力有所提高。当其它因素保持不变,且动应力比与循环次数不超过某一临界值时,土体的强度随着动应力比、循环次数的增加而降低,即超孔压的增长引起老黏土强度的衰减。而在围压增长的初期,土体的强度与围压成正比,当围压增大到某一临界值时,老黏土的抗剪强度显著降低。强度折减率随围压、动应力比、循环次数的增加均有不同程度的降低,提取出经验公式,得到的老黏土强度弱化模型具有较高的相关性,进一步得出老黏土的强度弱化机理。     

冲击荷载作用下结构性软黏土力学特性试验研究

冲击荷载作用对土体力学特性影响较大,为了研究此特性,基于天津滨海结构性软黏土,以空心圆柱扭剪仪模拟冲击荷载作用,并在冲击荷载作用前后对土体进行不固结不排水三轴试验,对比研究不同试验条件下结构性软黏土力学特性。试验结果表明:低围压常规三轴剪切试验状态下,土体表现出弱应变软化现象,且土体抗剪强度包线不能用直线表示,而是可由两条直线近似拟合而成;冲击荷载作用时,在一定应力范围内,冲击荷载越大,土体轴向应变、孔隙压力以及主应力差峰值也越大;冲击荷载作用后三轴剪切试验各围压下土体都呈应变硬化型,主应力差峰值均大幅减小,且土体抗剪强度包线均可用直线表示,c、φ值也远小于未受冲击荷载时三轴剪切试验相应数值。最后,总结分析冲击荷载作用对软黏土强度的影响,并拟合得到强度折减与围压、冲击荷载的关系,为实际工程中承受冲击荷载的结构性软黏土强度确定提供参考。     

考虑软基不排水强度循环弱化的格型钢板桩防波堤动力有限元分析

波浪循环荷载通过堤身和砂质土置换层传递给软土地基,在软土地基中产生循环动应力,使软黏土发生不排水强度弱化现象,严重影响格型钢板桩防波堤承载性能。结合工程算例,基于动力有限元法建立考虑软土循环弱化效应的格型钢板桩防波堤三维弹塑性动力分析模型,对软土地基在循环荷载作用下最大孔压增长规律以及不排水强度弱化特性进行研究。建立格型钢板桩-软土地基系统动力稳定性分析方法,对格型钢板桩-软土地基系统的破坏模式、稳定性以及沉降变形特性进行分析。结果表明:最大孔隙水压力主要分布在格体周围软土层,主、副格仓底部及部分桩-土接触部位的不排水强度发生明显弱化。考虑软土地基循环弱化效应时,格型钢板桩-软土地基系统的稳定性安全系数显著降低。建议在实际工程中应考虑软土地基循环弱化效应对格型钢板桩防波堤稳定性的影响。     

饱和软黏土动力学特性循环扭剪试验研究

以饱和软黏土的循环扭剪试验研究为基础,阐明不固结不排水条件下饱和软黏土的动力学特性。在循环扭剪和循环三轴两种不同试验应力状态下,通过研究不同围压和不同静、动应力组合下饱和软黏土的应力等效破坏关系和应变等效破坏关系,提出在循环荷载作用下饱和软黏土的循环破坏同样遵循Mises屈服准则,且在Mises屈服准则下,饱和软黏土的循环强度趋于不变量。循环破坏的过程可以等效为一种拟静力弹塑性循环蠕变,建立了饱和软黏土循环累积变形随静荷载、循环荷载以及循环破坏振次之间的关系式。上述结论分别从应力和变形两个方面阐述饱和软黏土的动力学特性,与试验应力状态和围压无关,可以推广到一般应力状态下。     

循环荷载作用下软土的孔压模式和强度特征

通过循环三轴剪切试验,研究原状软土的变形和孔压发展规律。建议了一个循环荷载作用下孔隙水压力的发展模式。研究了不排水循环荷载作用下软土的动强度以及作用后饱和软土静强度的衰减特征,讨论了周围固结压力和荷载作用频率对动强度的影响。研究表明,在某一轴向应变条件下,循环次数随循环剪应力比的增加而迅速减小;随循环剪切应力比的增大,饱和软土的静强度有一定衰减。     

黏土中两种不同直径单桩水平循环加载模型试验与分析

为探讨海上风机在风、浪等水平往复循环荷载下大直径单桩基础的循环弱化特性,设计了稳定输出长期循环荷载的机械加载装置,开展了软黏土中长期水平循环荷载下海上风电大直径单桩基础和传统长桩基础的模型试验对比研究。根据API给出的骨干曲线和Masing二倍准则构建循环荷载下的p-y（荷载-位移）曲线,并借鉴前人工作,采用累积塑性应变描述软黏土的不排水抗剪强度弱化,提出了分析大周数水平循环荷载下单桩基础循环弱化的理论方法。该方法将循环荷载次数、幅值等外界条件与桩周土体的循环弱化特性建立联系,以适应海洋环境复杂多变的水平循环荷载形式。通过模型试验和理论研究认为,大直径单桩基础因刚度较大,在同样的水平力循环荷载条件下,其抵抗循环荷载的能力明显优于传统长桩。在海上风机大直径单桩的设计中采用基于黏土残余强度的循环后稳定水平承载力更为合理。     

软黏土中张紧式吸力锚循环承载力简化计算方法

张紧式吸力锚是一种重要的深水浮式平台基础。深水环境中,海底浅层沉积物多为饱和软黏土。软黏土中平均荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的循环承载力对其设计至关重要。根据最佳系泊点受倾斜荷载作用下吸力锚的破坏模式,假设不同破坏区土体具有相同的平均剪应力,且平均剪应力与循环剪切强度比等于吸力锚所受静荷载与静荷载和循环荷载之和的比值。结合室内土性试验获得的饱和软黏土样不固结不排水归一化循环剪切强度随归一化平均剪应力的变化关系曲线,建立了破坏区土体不排水循环剪切强度的确定方法。对不同破坏区土体阻力进行分析,按照水平应力具有连续性这一特点,构建了上部滑动楔体破坏区与深部平面流动破坏区交界深度的计算方法,进而提出了计算吸力锚循环承载力的简化极限平衡方法。采用该方法对竖向和水平破坏模式吸力锚循环承载力模型试验结果进行了预测,预测与试验结果基本吻合,最小和最大偏差分别为0.79 %和16.08 %,平均偏差为5.74 %,可较好地反映吸力锚循环承载力随循环破坏次数增加而减小的变化关系,验证了该方法的可行性。     

冲击荷载作用下饱和软粘土孔压增长与消散规律

通过大量室内试验,研究饱和软粘土在冲击荷载作用下的变形和孔压增长规律,讨论孔压增长的内在机理和不同围压、不同冲击能作用下孔压量的变化。讨论土体的再团结变形规律,提出再固结体积压缩系数的确定方法。最后分析冲击荷载作用后的强度变化。这些讨论为动静结合法处理软基提供了依据。     

循环剪切荷载作用下软土的力学性状研究

利用从现场取得的原状土样,通过室内动三轴试验对循环荷载作用下的变形、孔压和强度特性进行研究。试验研究主要考虑了周围固结压力、循环剪切应力比、荷载频率和循环次数等因素的影响。研究表明,在循环荷载作用下,孔隙水压力和轴向应变均是一个波动上升的过程。当循环应力比增大时,动孔隙水压力变化幅值显著增加,而残余孔压也较大。同时,孔隙水压力值也随着周围压力的增大而明显增大。当作用荷载频率比较大时,需要更多的循环次数才能达到小频率作用荷载能达到的孔隙水压力值。但是,随着循环荷载作用次数的增加,频率对孔隙水压力的影响有减小的趋势。     

圆形应力路径下软黏土的动力特性试验研究

实际交通荷载作用下,路基土单元内的竖向应力和水平应力大小不断发生变化,剪应力幅值和方向也不断变化,从而导致土体中的应力路径呈现出主应力轴连续旋转的现象。通过GDS空心圆柱扭剪仪模拟类似交通荷载作用下的应力路径,开展不同围压和不同循环应力比下的主应力轴连续旋转试验,旨在研究在交通荷载类轴向纯压缩条件下主应力轴方向连续旋转时循环应力比与围压对原状软黏土的强度、累积应变、回弹应变、软化等因素的影响。试验结果表明：随着孔压的不断累积,原状饱和软黏土试样逐渐软化,轴向模量和剪切模量均随着循环应力比和围压的增加而逐渐降低,并在主应力轴旋转一定的循环次数后达到稳定。当循环应力比较小时,轴向和剪切应力-应变滞回曲线均呈线性,不同主应力轴循环旋转次数下的轴向和剪切应力-应变滞回曲线近乎重合。随着主应力轴循环旋转次数的增加,轴向和剪切应力-应变滞回曲线越来越表现出明显的非线性,不同循环次数下试样的轴向和剪切应力-应变滞回圈不再重合且滞回圈逐渐向x轴倾斜。随着循环应力比的增加,在主应力轴连续旋转初期,轴向模量和剪切模量迅速衰减,且随着循环次数的增加而达到稳定,并且试样的轴向模量和剪切模量达到稳定时的主应力轴连续旋转的循环次数随循环应力比和围压的增大而不断增大。     

循环荷载作用下软黏土刚度软化特征试验研究

循环荷载作用下,软黏土将发生软化现象,而以往的研究中大多未考虑初始偏应力的影响。通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究了循环荷载作用下土体的刚度软化情况。通过分析每一次循环过程中割线剪切模量的变化规律,探讨了循环次数、循环应力水平、初始偏应力对刚度软化的影响。结果表明,随着循环次数的增加,土体刚度逐渐减小;循环应力水平的提高,初始偏应力的施加将加快刚度软化。在试验的基础上推导了反映土体刚度软化规律的经验公式,得到了萧山软黏土的破坏刚度比。     

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%.     

剪切速率对结构性吹填软土力学特性影响试验研究

黏土在剪切变形过程中,剪切速率的不同会对其结构破坏产生不同影响,从而影响其力学特性.本文以天津滨海新区吹填软土为研究对象,在对吹填软土关于结构性讨论的基础上,开展了剪切速率对其力学性状影响的三轴试验研究,分析其剪切速率力学效应.试验结果表明:随着剪切速率的提高,在低围压条件下,吹填软土的强度及其结构屈服应力均先减小后增大,存在临界剪切速率,而在高围压条件下,强度及其结构屈服应力则逐渐增大,与剪切速率呈正相关关系,临界剪切速率逐渐消失; 吹填软土的黏聚力在不同围压下随剪切速率提高均呈现减小趋势,内摩擦角在低围压条件下随剪切速率提高呈现增大趋势,在高围压条件下则随剪切速率提高呈现减小趋势; 在剪切过程中,孔隙水压力均随着轴向应变的增大到某一值然后稳定下来,随着围压的进一步加大,孔隙水压力的稳定值会随剪切速率的提高呈减小趋势.     

吹填软土UU三轴剪切应力松弛特性试验研究

当透水性较差的饱和软黏土处于施工速度快(加荷速率快)的实际工况时,往往夹杂着应力松弛现象,给工程实践的安全运营带来巨大隐患。以天津滨海吹填软土为研究对象,采用WF应力路径三轴仪,通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验,分析了不同初始应变、围压、剪切速率、取样深度和结构性等因素对其应力松弛特性的影响规律。试验结果表明:不同试验条件下,天津滨海吹填软土的应力松弛过程都可分为快速、慢速和稳定3个阶段;应力松弛速率随初始应变和取样深度的增大而增大,而围压和剪切速率对其影响不太显著,土的结构性增强会明显增大应力松弛速率,从而加剧应力松弛现象的产生;通过对比分析,确定幂函数模型更适合描述不同试验条件下吹填软土的应力松弛变化规律。研究结果对天津滨海吹填软土场地安全施工与运营具有重要的现实意义。      

循环加载时围压对岩石动力特性的影响

针对砂岩岩样,探讨了在不同围压作用下和轴向循环加载时岩样的动力力学性质,研究围压对砂岩岩样的动力力学性质的影响。采用的试验设备是MTS－815岩石和混凝土试验系统,5组围压分别为10、20、30、40、50 MPa。岩样为汶川地区的干砂岩,轴向荷载施加的频率为1 Hz。结果表明,（1）随着围压的逐渐增加,试样的残余轴向应变和体变逐渐增加,且剪胀发生时的残余体变也逐渐增加;（2）动力荷载作用时岩样在高围压比低围压下的初始刚度和强度高;（3）不同围压作用下,当应力比Rs较大时,岩样在较小的循环次数下发生破坏;（4）试样的破坏模式为剪切破坏,动力荷载作用下试样形成的局部化破坏带更宽。