描述软土不排水循环应力应变响应的拟动力关系

依据等效黏弹性理论与蠕变理论,建立了描述一般应力状态饱和软土不排水循环应力应变响应的拟动力本构关系。该关系包括三个基本参数：循环剪切模量,阻尼比与增量循环累积应变。利用循环剪切模量与阻尼比随土单元八面体剪应变的变化描述循环荷载作用下软土的不排水循环应变,依据Mises蠕变势函数与正交流动法则确定循环累积应变增量。通过饱和软土不固结不排水循环三轴压缩试验确定这些变化关系。按确定出的参数预测循环三轴拉伸与循环扭剪试验结果。预测出的循环拉伸试验剪切模量和阻尼比随八面体剪应变的变化与试验结果吻合。对于循环扭剪试验,当循环偏应力与静偏应力方向一致时,预测出的循环累积应变随循环次数的变化与试验结果基本一致;当循环偏应力与静偏应力作用方向不一致时,预测出的循环累积应变与试验结果相比偏小。     

三轴拉伸试验下K0固结饱和黏土的动剪切模量和阻尼比

开展一系列的等幅循环应力的K₀固结饱和黏土的循环三轴拉伸试验,结果表明动剪切模量G不仅与循环剪应变γ_cy有关,还与累积应变γ_p有关。为了进一步研究其影响,开展逐级加载的循环三轴拉伸试验。结果表明,随着累积应变的增加,初始动剪切模量G_max逐渐下降。在某一围压下以G_max作为归一化参数,建立G/G_max-γ_cy关系,验证在其他围压下具有较好的适用性。累积应变、围压对阻尼比影响不大,可以认为阻尼比随振动剪应变有唯一对应关系。根据一组循环三轴拉伸试验下建立的动剪切模量和阻尼比关系,可以应用到其他应力组合的循环三轴拉伸试验。     

循环荷载作用下结构性软黏土动力特性试验研究

循环荷载作用下软土力学参数呈现衰减劣化的趋势。本文以天津滨海海积软土为研究对象,通过GCTS空心圆柱扭剪仪进行不同波形与幅值动力循环试验,在达到规定振次后停止试验,利用微型十字板测试其抗剪强度,根据典型的动应力-应变滞回曲线确定动压缩模量、阻尼比与动应变的关系。试验结果表明:循环荷载作用下,累积变形量、抗剪强度、动压缩模量、阻尼比演化与波形和幅值有关。幅值相同时,方波产生的累积变形量明显大于正弦波。低幅值时,抗剪强度基本上表现为随振次增加先下降明显,后趋于稳定,与变形一致,属于稳定型;临界应力幅值时,随着振次增加,开始强度下降幅度大,之后下降速率变小,但不趋于稳定。动压缩模量变化趋势与十字板强度演化规律一致,阻尼比变化特征与十字板强度变化呈相反的趋势。     

武汉砂土动剪切模量与阻尼比的试验研究

以武汉地铁4号线二期工程越江段饱和砂土为研究对象,通过室内GDS动力三轴试验,较为系统地研究了在单向循环荷载作用下砂土的动剪切模量和阻尼比规律特性及其影响因素。试验结果表明:动剪切模量、阻尼比与动剪应变的关系可以用Hardin-Drnevich双曲线模型进行描述;动剪切模量随动应变的增大而减小,随围压和固结比的增大而增大,而阻尼比的变化规律与动剪切模量相反。从而为工程建筑物的抗震设计提供了重要依据。     

静动应力作用下大连饱和黏土的剪切特性研究

针对人工制备的大连饱和黏土,在静应力与循环应力联合作用下进行了多组循环剪切试验,着重探讨了初始静力大小及加载速率对循环剪切变形特性的影响.试验表明静应力与循环应力作用下饱和黏土具有循环蠕变特性,总应变由初始静应变和循环蠕变两部分组成,其中循环蠕变主要受循环应力幅值、初始静应力大小及其加载速率的影响,循环蠕变的逐次增加量...     

循环荷载下南京片状细砂的动应力——应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力一应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量Gsec和最大割线模量Gmax的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。     

豫东平原粉质黏土动剪切模量与阻尼比试验研究

粉质黏土动剪切模量和阻尼比是建筑场地动力稳定性评价的重要动力参数。为分析豫东平原粉质黏土的动力特性,利用双向振动三轴仪试验系统,对取自豫东平原地区的粉质黏土进行动三轴试验,研究粉质黏土状态及固结压力对动剪切模量和阻尼比的影响。研究发现:可塑粉质黏土(PSC)与软塑粉质黏土(SSC)的动力特性存在相近的变化趋势,动剪切模量比随剪应变的增大而减小,阻尼比随剪应变的增大而增大;在同一应变水平下,SSC的动剪切模量比随固结压力的增大而增大、PSC的阻尼比随固结压力的增大而增大;在相同试验条件下,PSC的最大动剪切模量大于SSC的最大动剪切模量;在剪应变小于0.01%时两者动剪切模量快速衰减,剪应变达到0.03%时两者动剪切模量趋于一致。根据现有的粉质黏土动剪切模量与阻尼比研究成果,结合试验数据,提出粉质黏土动剪切模量比、阻尼比随剪应变变化的数学模型,为豫东平原粉质黏土场地工程建设中的动力稳定性评价提供依据。     

饱和黏土振动弱化性态的边界面模型分析

基于增量弹塑性边界面理论,构建一种可以描述振动应力作用下饱和黏土弱化的边界面应力应变关系。该关系利用具有严谨理论基础的旋转硬化法则描述振动应力作用过程中边界面大小与位置的变化,并将塑性累积偏应变长度作为反映振动应力历史对饱和黏土应力应变响应影响的状态参数,通过建立包含状态参数的塑性模量插值关系描述饱和黏土振动弱化应力应变响应,进一步按照正交流动法则形成增量应力应变关系。该关系包含9个参数,其中5个是剑桥模型参数,其余4个参数有相对明确的物理意义。利用所构建的边界面应力应变关系,对两种黏土的等压固结不排水静三轴试验和动三轴试验进行预测,并与试验结果进行比较,结果表明这一关系能够较好描述振动应力作用下饱和黏土刚度与强度弱化特性。     

等效拉压荷载下饱和粉质黏土的弹塑性变形特性研究

动三轴试验中,若在一定轴向静偏应力基础上施加对称正弦波荷载,土体会在荷载正半部分出现轴向压缩状态,而在荷载负半部分有可能因为侧向应力大于轴向应力而出现轴向等效拉伸状态,将此类荷载暂称为等效拉压荷载。为研究等效拉压荷载下饱和粉质黏土的弹塑性变形,设计了多级正弦波荷载室内不排水动三轴试验。依据试验数据揭示了围压、静偏应力、动偏应力和压实系数对土体弹塑性变形发展的影响,并提出用拉压效应系数来确定轴向塑性累积应变的发展趋势。研究表明:若取轴向压缩方向为正方向,拉压效应系数存在一临界值,当实际值大于临界值时,塑性累积应变向负方向发展,反之则向正方向发展或基本保持不变;同时Hardin模型可以较好地描述饱和粉质黏土的动弹模-动应变关系,且塑性累积应变向负方向发展时动弹模量普遍偏小。     

干密度对预剪应力下重塑黄土动力特性影响的试验研究

干密度是岩土工程建设中重要的控制指标.本文以不同干密度与不同初始平均主应力状态下重塑黄土为对象,通过进行主应力轴旋转(α0=45°)产生预剪应力条件下的动扭剪三轴试验研究,得出:干密度对预剪应力条件下重塑黄土动剪切模量的影响较小,而初始平均主应力对其有一定的影响;在其他条件相同时,动剪切模量与初始动剪切模量分别随干密度与初始平均主应力的增大而增大;阻尼比随动剪应变的增大先减小而后缓慢增大;干密度与初始平均主应力对重塑黄土阻尼比的影响不明显.     

循环荷载作用下硫酸盐渍土路基动力特性试验研究

以朔黄重载铁路某区段硫酸盐渍土路基为研究对象,基于GCTS空心圆柱扭剪仪,模拟重载列车运营时正向和水平向循环应力耦合的荷载条件,研究硫酸盐渍土路基在往复荷载作用下的动力特性。试验结果表明,循环围压限制了路基土体变形,使盐渍土累积应变发展速率减小,回弹模量增大;同时路基土体累积应变和回弹特性受循环偏应力影响,随循环偏应力幅值的增大,累积应变增大,回弹模量减小,在较大偏应力幅值下,回弹模量在加载早期下降明显,土体结构破坏较大,实际工程中应增加路基的侧向约束,以提高路基土体的稳定,限制盐渍土路基沉降,同时应严格控制重载列车的载重;试验存在临界加载间歇,累积应变的发展规律在间歇前后差异较大,并随加载间歇的延长而降低,基于此,在实际应用中,应根据重载列车型号的不同,适当控制车速。对试验结果进行拟合,得到了累积应变随循环振次的发展模型,为预测和防治硫酸盐渍土路基沉降提供理论依据。     

复杂应力条件下松砂振动孔隙水压力与体变特性的试验研究

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在5种初始主应力方向角与5种中主应力系数相组合的初始固结条件下,对饱和松砂进行了不排水循环扭剪试验。讨论了初始固结条件对不排水条件下饱和松砂孔隙水压力变化规律及对剪胀、剪缩、卸荷体缩等体积变化过程的影响。试验研究表明：（1）分别以稳定残余孔隙水压力和破坏时循环次数归一化后的残余孔隙水压力比和循环次数比之间的关系可以用双曲线模式表达。其参数主要依赖于初始主应力方向,中主应力系数对参数的影响并不显著。归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系也可以用双曲线模式表达,其中的2个待定参数依赖于初始主应力方向,与中主应力系数无关;（2）在三向非均等固结条件下的不排水循环扭剪试验中,饱和松砂表现出卸荷体缩特性,不同初始主应力方向时,饱和松砂剪缩、剪胀、卸荷体缩呈现出不同的交替变化模式。     

铜川新区黄土与古土壤动剪切模量比和阻尼比的统计研究

利用铜川市地震小区划项目的大量典型土样动三轴试验结果,采用双曲线模型拟合得到了铜川新区黄土和古土壤在8个典型应变下的动剪切模量比和阻尼比值。根据不同沉积年代和不同土层深度2种方法对黄土、古土壤动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化情况进行了统计和对比分析。研究发现:同一剪应变下,黄土、古土壤动剪切模量比随沉积年代和土层深度的增加而增加。二者对黄土动剪切模量比的影响较为显著。     

双向动荷载下重塑红黏土动变形特性研究

利用SDT-20型三轴仪探究双向动荷载下红黏土动变形特性。结果表明:相位差为0其他条件相同时红黏土动剪切模量随径向动荷载幅值增加而减小;双向动荷载下红黏土动剪应变与振动次数近似呈指数型关系增长,并存在一个临界循环次数;随含水率升高和固结应力增大,重塑红黏土破坏模式由受拉破坏变为受压破坏;径向动荷载幅值的增加使重塑红黏土更容易发生受拉破坏;双向动荷载下阻尼比随动剪应变增加无明显规律,动剪应变小于1%时阻尼比的变化无规律,动剪应变大于1%时随动剪应变增加阻尼比处于稳定平衡阶段。含水率对阻尼比变化规律有明显影响,含水率小于20%时阻尼比随含水率增大而增大,含水率大于20%时其对阻尼比影响可以忽略。     

围压对粉质粘土动力学参数影响的共振柱试验研究

土的最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比是对土层进行动力反应分析的重要力学参数。利用英国GDS公司生产的RCA共振柱仪,研究围压对都江堰地区粉质粘土的上述动力学参数的影响。研究表明：相同围压条件下,最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比随重复次数基本不变,表明该试验过程具有可重复性;最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比均受围压影响较大,随着围压的增大,最大动剪切模量和阻尼比均逐渐增大,而剪应变幅随着围压的增大逐渐减小。据此,建立了都江堰地区粉质粘土动力学参数随围压变化的经验公式。本研究可为土层地震动力反应分析提供参考并积累基础资料。     

小应变硬化土模型参数的确定与敏感性分析

地下工程施工引起的土体扰动区可分为剧烈扰动区、扰动区、微扰动区和未扰动区。为全面反映土体在扰动下的应力路径和力学响应,必须考虑全应变范围的土体特性,尤其是小应变范围内的力学响应,因此对小应变硬化土本构模型关键参数(初始剪切模量和剪应变阀值)的确定方法进行介绍。开展上海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究,给出确定上海软土小应变硬化土模型(HSSmall)参数的方法,建议采用原位测试的方法确定土体的初始弹性模量。基于土单元数值模拟进行初始弹性模量和剪应变阀值的参数敏感性分析。随着初始弹性模量的增大,初始压缩曲线与卸载-再压缩曲线的斜率均增大。由于对应的回弹模量不变,初始弹性模量与回弹模量的差值增大,应变与偏应力试验曲线的回滞环宽度也随之增大。随着剪应变阀值的增大,初始压缩曲线和再压缩曲线的近似直线段增长,在同样剪应力情况下,土体的应变值减小,土体保持初始弹性模量刚度的区间增大。     

南京细砂动剪切模量和阻尼比的试验研究

动剪切模量和阻尼比是重大工程开展场地地震反应分析必不可少的参数。完成了南京细砂的自振柱和动三轴试验,研究了固结围压、孔隙比、含水量和荷载频率对动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明:固结围压和孔隙比对最大动剪切模量的影响显著,建立了最大剪切模量与固结围压、孔隙比之间的经验关系,最大剪切模量随细砂中含水量的增加而减小并趋于稳定;固结围压对动剪切模量比具有一定影响,其他3个因素对动剪切模量比和阻尼比的影响不明显;排水条件下泊松比随剪应变幅值的增大而增大,剪应变幅值在1.0×10-4~1.0×10-3范围时,泊松比增大的趋势更加明显;采用自振柱和动三轴试验测试得到的动剪切模量比和阻尼比基本一致。     

循环荷载下堆积体残余变形特性

通过大型动三轴试验研究堆积体在不同应力水平、不同循环荷载幅值下残余应变与振次的关系,同时进行不同初始条件下残余应变的对比。试验发现堆积体在循环荷载下的残余应变与lg(1+N)有较好的线性关系(N≤30),沈珠江经验公式适用于堆积体在循环荷载下累积残余应变的计算。初始条件对堆积体的残余应变有重要影响,饱和不排水条件下残余剪应变最大,饱和排水条件次之,风干排气条件最小。应用沈珠江残余应变公式进行堆积体循环荷载下残余变形计算时应选取与工程实际条件相匹配的参数。     

不同应力分量耦合模式下天津滨海饱和黏性土变形特性研究

地基土单元体在地震荷载作用下将产生主应力轴连续旋转,不同的应力耦合模式对土的强度、孔压以及变形等特性影响显著。利用GCTS空心圆柱扭剪仪,对天津滨海软土场地饱和黏性土进行K0固结下的不同应力耦合模式的循环剪切试验。着重对比相同应力路径下竖向和扭剪双向耦合加载模式,内外围压和扭剪的三向耦合加载模式以内外围压、竖向和扭剪的四向耦合加载模式条件下饱和黏性土的变形特性、循环软化特性。试验结果表明:在相同的动强度下,四向耦合应力模式更容易破坏且变形特性以及软化特性较双向、三向耦合下发展更加迅速;剪应力分量对试样软化变形特性的影响更加显著。     

考虑温度效应软黏土累积塑形应变模型及验证

通过对宁波饱和软黏土开展应力控制循环三轴试验,研究了不同温度、动应力、初始偏应力、围压作用对累积塑性应变的影响。在试验的基础上,引入综合影响参数对试验数据进行归一化,建立饱和软黏土累积塑性应变的双曲线模型,并基于动态平衡的假设,建立了长期动荷载作用下饱和软黏土达到平衡状态后的归一化累积塑性应变预测模型及考虑温度影响的考虑温度影响的归一化累积塑性应变预测模型,模型预测值与试验结果吻合性较好,可以为轨道交通设计和施工提供参考。