主应力轴旋转下小偏压固结密实粉土崩塌特性及孔压模型研究

为研究主应力轴旋转复杂动应力对偏压固结粉土的性状演变影响,以空心圆柱试样为对象,开展具有不同初始固结比的密实粉土（Dr＝70%）在不排水主应力轴循环旋转下的系列试验。结果表明：①初始固结比不大于1.5时,主应力轴旋转导致试样发生中低应变崩塌,进而液化的脆性破坏模式;而固结比大于1.5时,试样变为应变持续稳定开展至高应变,孔压最终进入动态平衡的延性破坏模式,且不同固结比下试样发生崩塌液化和稳态延性破坏的孔压峰值间不存在交叉。②小偏压固结试样的液化峰值孔压和崩塌孔压均随固结比增加而有规律地下降,但受动剪应力水平影响很小,这与等压固结试样的崩塌孔压值受控于剪应力水平有很大差异。③相同初始球应力水平下,崩塌振次反映的小偏压固结试样强度高于等压固结试样,但在偏压条件下强度与固结比不存在单调变化关系,表明小偏压固结试样崩塌除受制初始围压水平外,很大程度上还取决于偏压程度。④基于上述试验结果,提出了主应力轴循环旋转下小偏压固结粉土的孔压预测模型,该模型不仅突显了崩塌状态对相变及液化破坏的重要预测作用,还反映了固结比和动剪应力对孔压开展的综合影响。     

经久昔格达组粉砂和黏土剪模阻特性研究

以西昌经久乡昔格达组粉砂和黏土为研究对象,借助室内动三轴试验,对粉砂和黏土动剪切模量阻尼比特性进行研究。分析试验结果表明:粉砂和黏土的动剪切模量Gd均随动剪应变γd增加而减小,阻尼比D均随动剪应变γd增加而增加,且两者均趋于稳定。动剪切模量Gd均随固结围压σ3c或固结主应力比Kc的增加而增加,且增大趋势明显;阻尼比D均随固结围压σ3c或固结主应力比Kc升高而略有降低,减小趋势相对不明显;黏土在10-5~10-2应变范围内等压状态下阻尼比D的三种趋势线窄带要比偏压状态下要宽,即等应变下参数值D变化等压状态要大于偏压状态。粉砂和黏土Edmax(Gdmax)均有随σ3c和Kc的增大而增大,且数值增加趋势明显;Dmax均随σ3c和Kc的增大而减小,但减小微弱。两种土样在等压固结和偏压固结条件下Gd/Gdmax和D/Dmax的三条曲线均集中于一条窄带内,且无论是粉砂还是黏土,等压固结条件下的实验点相对于偏压固结条件要发散;等压固结状态下,σ3c越小,Gd/Gdmax越小,D/Dmax越大;偏压固结状态下,Kc越小,Gd/Gdmax越小,D/Dmax越大。粉砂的动剪切模量相对较高,阻尼比相对较小,故其动力特性相对较好,相对不易产生动力破坏。     

不同固结条件下尾矿动孔压演化规律

地震作用下尾矿坝有液化失稳的危险,尾矿动孔压的演化规律可以间接体现其液化过程。为研究尾矿动孔压的演化规律,开展了一系列的动三轴试验。结果表明：尾矿动孔压演化具有明显的阶段性,在等压固结时可用S形反正弦函数曲线描述,在偏压固结时可用J形指数函数曲线描述;尾矿材料在等压固结条件下临界孔压接近于围压,在偏压固结条件下临界孔压小于围压,且随围压及固结应力比的增大而减小,随尾矿平均粒径的增大而增大。基于极限平衡理论推导了等压固结和偏压固结条件下的临界孔隙水压力方程,从理论上阐释了试验结果所揭示的动孔压演化规律,可以为地震区上游式尾矿坝的抗震设计提供参考。     

砾钢渣抗液化特性试验研究

陈化的钢渣作为土工回填材料是废弃钢渣循环利用的主要途径之一。按土的工程分类方法,将废弃钢渣划分为砾钢渣、粗钢渣和细钢渣。针对砾钢渣,考虑固结应力比、振动频率、围压和含砾量等影响因素开展动三轴试验研究。分析了砾钢渣的应力、应变和动孔隙水压力的特性,分析了砾钢渣试样的动强度与振动次数、动应变与振动次数、孔隙水压力与振动次数和动应力与动应变关系。采用Seed和Finn提出的饱和砂土动孔压计算模型分析砾钢渣的动孔压曲线类型,并与传统砂砾土的抗液化强度进行比较。得出砾钢渣的抗液化特性较好,工程中可以用砾钢渣替代传统的砂土、砂砾土、砂砾料和砂卵石作为回填料,解决砂砾资源日渐短缺的问题。     

饱和砂砾土的孔压发展模式试验研究

利用GDS振动三轴系统,对饱和砂砾土进行不排水动三轴液化试验,研究了含砾量和振动频率对饱和砂砾土振动孔压发展模式的影响,结果表明:含砾量越高和振动频率越高,振动孔压增长越快。结合试验结果采用不同的孔压应力模型描述砂砾土的孔压发展特性,给出了相关试验参数;提出了包含砾量参数与频率参数的孔压应变模型,并计算出相关试验参数的参考值。     

饱和砂砾料振动孔压与轴向应变发展模式研究

利用自行研制、开发的高精度中型动三轴仪,对文选定的砂砾料液化过程中的孔隙水压力增长和轴向应变发展模式进行了研究。同时,对剔除粒径大于5 mm后的模拟料,采用相似级配法,运用DS-2T型动三轴仪进行了一组平行试验。着重比较了砂砾料和模拟料在振动荷载作用下孔压、应变发展模式的区别。结果表明：在均压固结条件下,砂砾料在循环应力作用下,其孔压的发展模式与模拟料不同,可以用修正的反正弦进行拟合,而模拟料振动孔压的发展模式可用反正弦拟合;二者振动孔压均达不到初始有效固结围压,约为初始围压的90 %左右。模拟料与砂砾料在振动荷载作用下,应变发展模式不同。前者在初始液化前应变幅值较小且无明显增长,临近初始液化时应变大幅度增加导致试样突然破坏;后者在循环荷载作用过程中应变幅值一直稳定增加。     

饱和击实黄土的动力特性研究

通过进行不同固结条件下饱和击实黄土的动三轴试验,研究了饱和击实黄土的动模量、阻尼比、动强度、动孔压及抗液化特性。研究结果表明：饱和击实黄土的动应力-应变关系符合双曲线模型,模型中参数起始动剪切模量和最大动应力与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且可以对不同固结应力状态归一,固结围压和固结比对阻尼比的影响较小。动剪应力比随固结围压的增大而减小,随固结比的增大而增大。固结围压、固结比以及动应力皆对动孔压比（ ）与振次比关系有显著的影响,而动孔压与破坏时动孔压之比与振次比关系只受固结围压变化的影响,基本上不受固结比和动应力变化的影响,可以用幂函数关系来模拟;在均压固结条件下,当破坏振次小于等于30时,饱和击实黄土不会产生液化,而当破坏振次较大（动应力较小）时可以产生液化;在偏压固结条件下不会产生液化。     

基于耗散能量的饱和黄土动孔压模型

通过一系列不排水动三轴试验探究了饱和黄土振动液化过程中孔隙水压力和累积耗散能量的演化模式,并讨论了围压、动应力幅值和固结应力比对其演化过程的影响。结果表明：饱和黄土的孔隙水压力和耗散能量随着循环荷载作用逐渐累积。固结围压抑制孔隙水压力增长而消耗更多能量;更大的动应力幅值使得孔隙水压力增长更快而消耗能量更少;等压固结下,孔隙水压力增长至围压从而触发初始液化,而偏压固结下,通常先达到振动液化应变标准而孔隙水压力并没有增长至围压水平,并且固结应力比越大,液化时孔隙水压力越小,消耗能量也更少。归一化孔隙水压力u/σ₀’与累积耗散能量W/W_f之间关系受围压、循环应力比和固结应力比影响较小,可统一用双曲线模型表示。     

某土石坝心墙料和坝基料动模量阻尼特性的试验研究

土石坝震害将导致严重后果,目前国内外修筑于地震区的土石坝在抗震设计时都进行了动力分析。室内动力试验提供土石料可靠的动强度和动力参数是土石坝地震动力分析准确性的关键。水牛家心墙土石坝坝高100多米,大坝设防烈度9度,采用动三轴仪,对其坝基②层细砂砾料和心墙防渗土料进行大量的动力特性试验研究,分析两种土料的动模量阻尼特性,并简述其影响因素。分析试验结果有：使用一个试样完成三个不同的围压力?3c或固结比Kc,与《土工试验规程》推荐方法相比,大大减小了试验和分析工作量, 且有相当的规律性和准确程度;动模量阻尼比的主要影响因素是动应变幅、围压力、固结主应力比、孔隙比等。动应变水平影响动模量阻尼成倍增减,动模量随围压力?3c增减而增减,阻尼比D随?3c的升高而略有减小,动模量和阻尼比随固结比Kc增减而增减,Kc从1到2可使心墙土料的Edmax增加60％左右;土类不同,模量阻尼也不尽相同。水牛家心墙料的动模量较高,阻尼比较小,不易产生动力破坏。     

振动频率对饱和黏性土动力特性的影响

在回顾加荷频率对土样动力特性影响的研究基础上,采用某土石坝心墙防渗黏性土饱和试样,通过动三轴试验,研究了振动频率f对土样动力特性的影响。动强度试验结果表明：当 0.1～4 Hz时,动强度随f的升高而增大,但f继续升高后,动强度却有下降趋势。当 0.1～1.0 Hz时,频率愈高动孔压比愈大;当 1.0～6.0 Hz时,总的趋势为频率愈高,动孔压比愈小。表明频率较高时,动孔隙水压力来不及上升和扩散。较高频率f持续作用下,试样有吸水现象并伴随动孔压的下降。动模量阻尼试验结果是：f愈低,试样动变形开展愈充分;f愈高,动模量和阻尼比愈大。     

循环荷载下加固土体孔压的模糊正交试验分析

针对地铁循环荷载下加固软粘土的孔隙水压力发展规律,对上海地铁4号线宝山-海伦引导段隧道周围的加固软黏土进行室内GDS循环三轴试验。结合重复正交设计法安排试验,借助模糊数学的理论与方法处理试验数据,充分考虑了振动频率（0.5、1.5、2.5 Hz）、动应力幅值（20、30、40 kPa）、固结比（1、1.4、2）以及超固结比（1、1.5、2）对土体孔隙水压力的影响。研究结果表明:振动频率、动应力幅值、固结比及超固结比对加固软黏土孔隙水压力的影响率分别为0.722、15.821、0.944及6.628;这说明影响加固软粘土孔隙水压力变化的主要因素是动应力幅值及超固结比,而固结比和振动频率的影响不显著。     

地铁行车荷载下隧道周围加固软粘土孔压特性试验

由于上海轨道交通四号线海伦路站隧道周围软土在地铁行车荷载作用下产生变形,使隧道发生局部开裂、渗水而需要对地铁隧道进行加固处理。通过上海地铁4号线海伦路站附近隧道周围加固软粘土进行应力控制的循环三轴试验,研究了地铁行车荷载作用下加固软粘土的动孔压发展情况,充分考虑了土体围压、固结比、轴向循环荷载的大小及频率对动孔压的影响。研究结果认为,其他条件相同时,加固软粘土孔压随振动次数、循环荷载幅值的增大而增大,随围压和加载频率的增大而减小,可以用二次对数关系曲线对加固软粘土残余孔压变化进行预测。     

夯扩挤密碎石桩加固液化砂土地基的动力数值分析

砂土液化问题一直是土动力学与岩土地震工程研究领域的重要课题之一。基于南水北调中线某工程,通过现场和室内试验获取土体的物理力学参数,利用岩土数值分析软件FLAC3D对夯扩挤密碎石桩加固干渠液化砂土地基进行了动力数值分析。结果表明,由于夯扩挤密碎石桩的排水作用,干渠底部饱和砂土地基中的超静孔隙水压力和孔压比与加固前相比明显减小;干渠渠道底部饱和砂土中的监测曲线表明,随着地震荷载持续时间的增加,饱和砂土地基中超静孔隙水压力和孔压比峰值较加固前大幅值降低,且时程曲线达到峰值之后也由加固前的基本保持不变改为迅速消减降低;由于夯扩挤密碎石桩的排水和挤密作用,有效消除了干渠渠道底部以及渠堤坡面外侧平台至坡脚底部砂土层的液化现象,加固后干渠底部饱和砂土地基中没有液化现象产生。     

地铁荷载下不同固结度软黏土的孔压试验模型

地铁运营前下卧层土体存在不同程度固结,这会影响到运营期隧道周围土体中孔压的变化,进而产生不均匀沉降。通过GDS循环三轴试验系统对杭州饱和软黏土进行动力测试,研究了固结度、固结应力、循环应力比对孔压发展的影响。在现有研究成果的基础上建立了考虑初始固结程度的孔压模型。研究表明：循环荷载下饱和软黏土的孔压发展形态比应变发展形态更具规律性,固结程度愈高的土体孔压发展愈缓慢,并且随振动次数增加,在较低的孔压水平就可达到稳定。预测地铁长期荷载下土体的孔压和沉降时考虑孔压测试时的滞后现象会达到更好的效果,所得的孔压模型能够较好地模拟地铁运营荷载下孔压的发展。     

K0固结条件下砂土的循环剪切特性试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对福建标准砂Dr = 30 %,在K0固结条件下,进行不同围压下的循环三轴试验,探讨了K0固结过程和K0固结条件下砂土的孔隙水压力特性与强度特性,并与原有均等固结条件和非均等固结条件下的循环三轴试验进行对比分析。通过分析和比较表明,砂土的K0固结试验过程可以分为两个阶段,第1个阶段是初期的缓慢变形阶段,第2个阶段是后期的稳定发展阶段,围压对静止土压力系数K0的测定有一定影响。不同固结过程对砂土动孔隙水压力的发展有很大的影响,K0固结条件下试样出现明显的剪胀现象。另外,K0固结条件下砂土动强度高于非均等固结条件（Kc = 1.67）下砂土动强度,低于非均等固结条件（Kc =2.94）下砂土动强度。