固原重塑黄土动力特性共振柱试验研究

利用GCTS共振柱测试仪研究了干密度和固结压力对固原黄土重塑土动剪切模量和阻尼比的影响及试验数据误差的基本规律。通过设计不同工况的试验条件,对比分析结果表明:相同含水率条件下,最大动剪切模量G_(dmax)随固结压力和干密度的增大而增大。相同干密度条件下,黄土的动剪切模量比随围压的增大而增大;阻尼比随围压的增大而减小;相同围压条件下,黄土动剪切模量比随干密度的增大而增大,阻尼比随干密度的增大而减小;不同剪应变特征点的动剪切模量比和阻尼比试验数据呈现一定的离散性,且离散程度阻尼比明显高于动剪切模量比。研究成果可为该地区场地地震反应分析及工程建设提供基础资料。     

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。     

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。     

相对密实度对含黏粒砂土动剪切模量与阻尼比影响的试验研究

利用GCTS共振柱系统开展一系列含黏粒砂土的动力特性试验,研究相对密实度对含黏粒砂土动剪切模量和阻尼比的影响,并探讨其影响规律。试验结果表明:相对密实度对动剪切模量、动剪切模量比、阻尼比、最大动剪切模量均有影响。动剪切模量随着相对密实度的增加而变大,但动剪切模量增大的幅度更大;当黏粒含量较小时,动剪切模量比随相对密实度的增加而变大,当黏粒含量较高(≥16%)时,相对密实度对动剪切模量比基本没有影响。阻尼比随相对密实度的增加逐渐变小;最大动剪切模量随相对密实度的增加而增大,但黏粒含量不同,其最大动剪切模量增大幅度不同,同时建立最大动剪切模量随相对密实度变化的关系式,并给出相关参数。     

饱和南京细砂孔压增量模型的普适性研究

循环荷载作用下饱和砂土的孔压增长规律是土动力学的核心内容之一。基于笔者在给定相对密度、均等固结条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验结果建立的孔压增量模型,进一步进行了不同相对密度、不同固结比条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验,将上述均等固结的孔压增量模型拓展为适用于不同相对密度、均等和非均等固结条件的孔压增量模型。采用拓展后的孔压增量模型对试验结果进行分析的结果表明：通过该孔压增量模型预测验证试验的孔压与验证试验测试的孔压具有较好的一致性,说明该孔压增量模型具有普适性。     

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。     

车辆荷载作用下山西路基重塑黄土的动力特性研究

针对车辆荷载对山西高速公路路基土体影响研究不足的现状,从试验角度出发,研究车辆荷载水平、波形、干密度和围压对路基土体的动力特性响应。研究表明:路基土体的体变随波形比的增大而增大,随车辆荷载的增大而增大;路基土体的动弹性模量随干密度的增大而增大,随围压的增大而增大,阻尼比随围压的增大而减小。     

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。     

河北承德黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

为研究河北承德黄土的动力学特性,开展了该地区路基土的室内动三轴试验,得出了承德黄土动剪切模量和动阻尼比的变化规律。结果表明:动剪切模量随干密度的增加和含水率的降低而增大,干密度越大,最大动剪切模量随含水率增加而降低的幅度越大;含水率越高,最大动剪切模量随干密度增加而增大的幅度越小。阻尼比随动剪应变增加而增大,可用本文推荐的公式进行拟合,拟合效果良好。相同条件下,承德黄土的最大动剪切模量远小于中西部地区,阻尼比增长速率大于中西部地区。     

砂砾土动力特性的室内试验研究进展

简要回顾了国内外有关砂砾土动剪切模量和阻尼比的试验研究进展,总结了围压、固结比、颗粒形状、含砾量、颗粒破碎等因素对砂砾土动剪切模量、阻尼比及归一化动剪切模量比与阻尼比曲线特征的影响规律,发现砂砾土归一化动剪切模量比和阻尼比的曲线形状主要受围压大小的影响,其他因素的影响不明显;总结了砂砾土抗液化强度、振动孔压发展特征、液化判别方法方面的研究进展,含砾量、试样扰动、膜贯效应是影响砂砾土抗液化强度的主要因素;指出了砂砾土动力特性研究中存在的问题及今后应予以更深入关注的研究方向。     

贮灰场子坝粉煤灰动力特性试验研究

贮灰场子坝冲填粉煤灰的动力特性是评估挡灰坝在地震作用下动力稳定性的关键因素。为探究冲填粉煤灰的动力变形和强度特性,利用液压控制振动三轴试验仪测试饱和沉积灰和冲填灰两类试样在偏压固结条件下的动应力-动应变关系、动强度、阻尼比和动孔隙水压力。结果表明:试样骨干曲线均表现出应变硬化特征,可近似描述为双曲线型关系。此外,循环振次增大导致试样动强度降低,且主要与动黏聚力降低有关,受内摩擦角影响较小。双对数坐标轴下,无量纲处理后的阻尼比与动剪切模量近似呈线性关系,且与围压关系不显著。不同围压下动孔压水平随破坏振次增大仅在较窄范围内变化,为简便计算,可忽略围压和循环振次对动孔压水平的影响。据此,可采用Finn公式描述偏压固结下粉煤灰试样的动孔隙水压力特征。     

贵阳地区红黏土动力参数计算模型研究

利用室内SDT-20动三轴试验机对贵阳原状红黏土进行循环荷载作用下动力特性试验,探究不同围压、固结应力比和振动频率对红黏土动力学参数的影响,结合实验数据及参数模型拟合贵阳红黏土动应力应变关系、动弹性模量及阻尼比经验公式,结果表明：贵阳红黏土动本构关系仍符合H-D双曲线增长模型,动弹性模量随动应变增长非线性衰减,阻尼比随动应变增长非线性增加。围压及固结应力比对红黏土动力学参数具有显著影响,围压及固结应力比增大,动变形减小,动弹性模量增加,阻尼比降低,同等条件下,提高振动频率,动力学参数显示出与围压及固结应力比相同规律,但不显著。基于H-D模型,给出了贵阳原状红黏土双曲线模型参数,通过多元回归分析,拟合并提出针对贵阳红黏土的在不同试验条件下动弹性模量衰减及阻尼比经验公式,给出相应的拟合参数。     

西昌昔格达组黏土岩动力特性试验研究

在大量动三轴试验的基础上,研究了不同固结条件(σ3c=100,200,400 kPa,kc=1.0,1.5,2.0)下西昌昔格达组黏土岩的动应力-动应变关系、动弹性模量、阻尼比及动强度特性。研究结果表明:西昌昔格达组黏土岩在一定条件下的动应力-动应变关系符合幂函数模型。动应力随着固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大。在相同围压下,达到相同动应变时,偏压固结状态比均压状态所需要的动应力大。当其他条件相同时,动弹性模量随固结压力或固结主压力比增大而增大,随着动应变的增加而减小并趋于稳定。最大动弹性模量Ed0与σ3c/Pa、kc均有良好的幂函数关系,且对不同固结应力状态条件可以归一。阻尼比随动应变增大而增大,但增大幅度随动应变增大而迅速减小,阻尼比随围压或固结主压力比增大而减小,但它们对阻尼比影响较小。不同固结应力状态下(λ/λmax)与(1-Ed/Ed0)有良好的幂函数关系。西昌昔格达组饱和黏土岩动剪应力τd随固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大,随振动次数增加而减小。τd/σm均随固结围压σ3c增大而减小,随固结压力比kc增大而增大。动剪应力τd与平均压力σm、固结主压力比kc有较好的线性关系。     

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.     

下坂地水利枢纽工程坝基砂层透镜体的动力特性试验研究

在不同固结状态(σ3 c和kc)下对下坂地水利枢纽工程坝基砂层透镜体的砂土进行了动三轴试验。结果表明:不能用Hard in公式确定偏压固结时的起始动剪切模量G0,G0和τy(最大动应力)均与σ3 c.kc之间有良好的幂函数关系,且对不同固结状态可以归一;动强度dτ/σm′受固结围压σ3 c的影响很小,但随固结比kc的增大而增大;动孔压比ud/σ′m与振次比N/Nf关系曲线为下凹型,不符合Seed提出的孔压模型,可用指数关系来拟合。动应力σd值变化对ud/σm′-N/Nf和ud/σm′-εdr关系影响很小,固结比kc变化对它们有显著的影响;界限残余应变εdr,t受kc的影响较小,但它随σ3 c的增大而增大,当εdr大于εdr,t时呈先快速增长后趋于平缓的变化。     

青藏铁路重塑冻结粉质黏土动剪切模量试验研究

通过低温动三轴试验,研究青藏铁路中重塑冻结粉质黏土的动剪切模量的变化规律及其主要因素。研究表明,冻土的最大动剪切模量随负温降低而显著增大,动剪切模量比随轴向荷载单级振次增加而有所增大,随负温降低而降低,随围压增加趋于一致。负温是冻土动力性能的一个极其重要的影响因素,因而寒区工程应引起足够的重视。研究结果对于合理认识冻土动力性能具有一定意义,也为进一步开展多年冻土场地工程地震安全性评价积累部分基础资料。     

固结比对粉质粘土动力学特性影响的试验研究

在均等固结与非均等固结两种情况下,通过改变围压、轴压取值,进行了多组的粉质粘土的动剪切模量与阻尼比的相关试验.试验结果得出,在均等固结条件下,施加围压、轴压越大,其动剪切模量比数值越大;轴压、围压分别由100 k Pa增加到200 k Pa、300 k Pa,动剪切模量比随之增大,增加幅值为10%左右;阻尼比受围压、轴压影响的变化规律性不明显.在非均等固结条件下,固结比越大,其动剪切模量比数值越大;固结比数值从1增加到2,其动剪模量比增加幅值为30%左右;固结比数值从2增加到3,其动剪模量比增加幅值为10%左右;随着固结比的增加,增幅减小;其阻尼比受固结比影响的变化规律性不明显.其研究成果可为土动剪切试验的固结参数正确取值提供参考依据,并为岩土动力学特性科研工作提供基础试验资料.     

土动力参数的测试误差与孔压影响研究

地震作为自然灾害之一,引起的破坏是巨大的。在土动力学研究中,土体作为地震波传播介质和结构的地基,其动力性能直接影响结构的安全,也直接影响工程造价,因此研究土的动力参数问题具有重要理论意义和工程应用价值。土的动剪切模量比和阻尼比是土动力学首要参数,工程上一般采用室内实验得到。本文采用单台共振柱仪,设计两种具有代表性的试验组,研究土的动剪切模量比和阻尼比试验误差问题,分析不同类型组之间、模量比和阻尼比之间试验离散性的差异和联系以及试验误差对地震动计算的影响,目的是为了解掌握现有共振柱试验水平以及为改进共振柱试验技术提供依据,并为工程结构抗震概率分析提供基础。最大剪切模量和极限剪应力是基本的土动力计算参数,地震作用下随孔压增长会有很大变化。本文采用新型高精度动三轴仪,通过试验方法对循环最大剪切模量和循环极限剪应力随孔隙水压力的变化规律进行研究,给出更符合实际的孔压增长下循环最大剪切模量和循环极限剪应力的计算公式,并验证了孔压增长下循环最大剪切模量和循环极限剪应力的计算公式的可靠性,为考虑液化下地基动力反应分析提供基础。本文主要工作如下:(1)通过共振柱试验数据,设计两种具有代表性试验组,研究砂土、粘土和粉土动剪切模量比和阻尼比的试验误差,给出两种试验组测试误差的分布形态和基本规律以及不同类型试验组之间、动剪切模量比和阻尼比之间试验误差的差异和联系。(2)以KiK-net台网记录为背景,对当今国内外两个有代表性的土层地震反应分析方法SHAKE2000和LSSRLI-1进行对比研究,根据对比结果选取更适宜的计算程序进行本文的土层反应分析,同时也为土层地震反应分析方法的改进提供必要线索。(3)针对不同类别场地,采用选取的土层反应分析计算程序分析两种试验组下砂土、粘土和粉土的动剪切模量比和阻尼比的试验误差对地震动的影响。(4)采用新型高精度动三轴仪,通过试验方法对循环最大剪切模量和循环极限剪应力随孔隙水压力的变化规律进行研究,给出更符合实际的孔压增长下循环最大剪切模量和循环极限剪应力的计算公式,并研究不同固结比下循环最大剪切模量和循环极限剪应力随孔隙水压力的变化差异。(5)将本文提出的孔压增长下的循环最大剪切模量和循环极限剪应力的修正公式用于有效应力分析程序之中,并将有效应力分析方法的计算结果与实际地震记录进行对比,验证所改进的土层地震反应有效应力分析程序的可靠性。     

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。     

双向循环荷载耦合下黄土动模量和动变形特性研究

通过在三轴试样的轴向和径向同时施加循环荷载,并以试样45°面上的应力来模拟地震拉压动荷载和剪切动荷载的作用,分析双向循环荷载耦合下黄土的动剪切模量和动变形特性。试验结果表明:相位差对黄土的动剪切模量有一定影响,其动剪切模量随相位差的增大以φ=180°为转折点呈现先减小后增大的趋势,在φ=180°时达到最低水平。φ180°时相位差的增大加速了黄土动剪应变的发展,φ180°时黄土的动剪切变形的发展速度随相位差的增大而减缓。同时径向动荷载幅值的增大明显降低黄土的初始动剪切模量。通过计算转化,分析拉压动荷载和剪切动荷载变化对黄土动剪切变形发展的影响规律,发现拉压动荷载的施加能加快黄土动剪切变形的发展,而当拉压和剪切动荷载同时变化时,剪切动荷载变化对黄土动剪切变形发展的影响更明显,作用更显著。