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。     

列车振动荷载作用下南京细砂动强度变化规律研究

以南京细砂为研究对象,采用空心圆柱扭剪仪模拟列车振动荷载作用对应的土体单元所受应力路径,考虑试样围压、加载幅值和排水条件,研究列车振动荷载作用下土体动强度的变化规律。试验结果分析表明:在模拟列车振动荷载作用对土体竖向应变的影响时,采用椭圆应力路径来代替心形应力路径是切实可行的,能克服试验仪器高频加载时无法有效模拟心形应力路径的缺点;其次,当围压和加载幅值都较小时南京细砂主要表现为在振动初期强度强化特征,当振动次数达到一定数量后强度也达到一个稳定阶段;当试验围压较大时,随振动次数增加,南京细砂的强度变化主要以强度弱化阶段为主;同时,排水条件对其强度变化的主要影响表现为对其振动前期强度强化阶段的影响,对其强度弱化阶段的影响并不明显。     

荆江大堤下伏饱和粉细砂动力特性试验研究

针对荆江大堤江陵段下伏地层广泛分布的饱和粉细砂,参照原位试验成果重塑粉细砂试样,按估算的固结应力比(Kc约为1.6)对试样动剪模量、阻尼比及总应力动强度进行测试,结果表明:(1)试样应力-应变骨干曲线与Hardin-Drnevich双曲线模型假设高度吻合,Hardin公式可很好地拟合动模量/阻尼比与动应变的关系。在研究试样密实度范围内,最大动模量随围压和密实度的增加而增加,但围压对动模量的敏感性更高,且相同围压下动剪模量比与动应变关系曲线近乎重合。围压增大或密实度升高均会引起阻尼比的降低,1%应变对应的阻尼比分布在0.15~0.21之间;(2)偏压状态下以累积轴向应变5%作为液化判别标准进行抗液化强度试验,随特征振次及测试围压的增大,液化动剪应力比相应减小,试样振动孔压比最高仅能达到0.8~0.9;(3)由总应力法求取的动内摩擦角与黏聚力均随设定特征振次的增加而下降,且内聚力并非约等于0,表明动力作用下该试样具有一定的黏滞性。     

粉粒含量对粉土场地液化后变形影响的试验研究

利用全自动多功能三轴仪进行了粉土场地的液化后变形试验,探讨了粉粒含量对液化后应力应变关系的影响.试验时施加动加载使试样达到设定的液化程度,然后立即施加单调荷载,以模拟地震现场发生强震时初始液化到液化后变形的整个过程.研究发现,不同粉粒含量粉土场地发生液化后变形得到的液化后应力应变关系可采用推导的同一理论关系式表示,其系数的差异表明了粉粒含量对粉土液化后变形的影响.验证结果表明该关系式能较好地模拟粉粒含量对粉土场地液化后应力-应变的影响,为同一地区或相似地区粉粒含量变化的粉土场地液化评估提供依据.     

加筋土动弹性模量的动三轴试验研究

采用动三轴试验系统对加筋土试样进行固结不排水三轴剪切试验。研究了在不同加筋材料、不同加筋层数、不同围压、不同固结应力比条件下的加筋土的动弹性模量变化规律,并与素土试样试验结果进行对比。研究结果表明,加筋土的动弹性模量随围压和固结应力比的增加而增大,窗纱加筋试样的最大动模量相比素土有了较大的提高,并随着加筋层数的增加而增大,土工布加筋土试样最大动弹模量与素土的最大动弹模量增减趋势不明确。     

半空间SV波斜入射在土体中的应力路径及空心圆柱动扭剪试验模拟

根据半无限弹性空间中地震波的传播理论,给出了SV波斜入射时土体中的应力场计算公式。以天津滨海软土场地为例,分析了不同入射角、不同频率SV波入射下,不同深度土层的应力差异,并以动强度指标理论分析了SV波斜入射下的的最不利情况。利用GCTS空心圆柱扭剪仪对土样进行四向加载,模拟了SV波斜入射时的应力路径,并与理论计算值进行对比,验证加载方式的可行性。结果表明:试验得出的应力路径不管是横轴方向还是纵轴方向都偏小于理论计算值,应力路径的长轴方向比较符合理论计算,短轴方向存在一定误差。     

单、双向动三轴试验条件下饱和砂动力特性对比

在饱和砂土地震液化评估中,多用单向动三轴试验代替双向动三轴试验获得土体的抗液化强度。由于单向激振和双向激振产生的应力路径不同,土的动力特性受应力路径影响,其合理性尚待证明。本文利用双向振动三轴仪分别采用单、双向振动形式进行饱和砂土振动液化试验,对比了相同动剪应力作用下累积孔压和动强度,分析了较大循环振次作用下单、双向振动方式使试样动力响应产生差异的原因,提出了利用单向三轴试验代替双向振动模拟地震循环剪应力获得砂土动力特性的室内试验方法的适用条件。     

应力、应变控制下压实黄土动力特性研究

基于动三轴试验研究了不同围压条件下,加载控制方式对压实黄土动应力应变关系的影响规律,对比了不同控制方式下压实黄土的动应力应变时程曲线的差异。研究表明:压实黄土的动应力应变关系符合双曲线模型;加载控制方式不会改变压实黄土骨干曲线的类型,但会显著影响拟合参数的大小。相同围压下,采用应变控制测定的初始动模量较小;随着围压的增大,应变控制下初始动模量随围压的增长速率反而越小,二者之间的差距越来越大。应力控制和应变控制加载过程中,动模量在某一振级下随着动循环次数的增加而逐渐衰减,且应力控制方式下衰减的幅度较大。对于土体结构受力较为敏感的原状土,使用应变控制加载方式可能会获得更为准确的试验结果。     

固化黄土力学特性三轴试验研究

为进一步认识固化黄土的力学特性,以郑州地区黄土为试验材料,制备不同固化剂掺量的试样,并在标准养护条件下养护至试验龄期后饱和。应用GDSTTS标准应力路径三轴仪,开展固结不排水(CU)剪切试验,主要研究围压、固化剂掺量以及养护龄期对固化黄土力学特性的影响。试验结果表明：郑州地区固化黄土具有显著的结构性,其应力应变曲线呈现出应变软化特征,并可用驼峰型三参数表达式描述;同时,增大围压和固化剂掺量以及延长养护龄期,固化黄土的峰值应力及残余应力都增大、养护龄期超过一定时间后,其对固化黄土强度的影响趋弱。     

确定岩石中先存应力状态的声发射法

对经过三向预加压的石灰岩试件所进行的试验研究表明,其声发射活动的特点与单向受力时的情况完全不同。此时,在一个试件的一次加载过程中会出现两次Kaiser效应,分别对应于载荷达到预加压时所施加的轴压与围压值之时。利用回归分析的方法来处理试验数据,可以使声发射活动对应力的响应关系用三条回归直线来近似。这三条直线的两个交点所对应的应力值,可以确定出预加压时岩石试件承受的应力状态     

主应力轴持续旋转条件下饱和松砂的振动孔隙水压力特性

利用新研制的“土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪”,针对福建标准松砂,在三向非均等固结条件下,进行了能够模拟海洋波浪荷载作用下主应力轴连续旋转的循环耦合剪切试验。通过试验着重探讨了初始主应力方向、振动过程中主应力方向连续变化对不排水条件下砂土的振动孔隙水压力增长特性的影响。实验研究表明:在振动过程中主应力轴连续旋转的条件下,初始主应力方向对砂土的动孔压比与振次比之间关系具有显著的影响,随着初始大主应力与竖向之间夹角的增大,动孔压比的增长速度明显加快,具有较好的规律性;归一化孔压比与广义剪应变之间的关系基本上与初始主应力方向角和振动剪应力幅值无关。     

Nonlinear elastic behavior of fiber-reinforced soil under cyclic loading

Experimental investigations and modeling of nonlinear elasticity of fiber-reinforced soil under cyclic loading at small strain are conducted in this paper. The investigations include three aspects. First, cyclic shear tests are conducted using conventional triaxial apparatus. Twenty-seven specimens with three different fiber contents are employed to conduct triaxial cyclic shear tests under different confining pressure and loading repetition. Effects of geofiber, confining pressure and loading repetition on elastic shear modulus of reinforced soil are studied and analyzed. Second, a hyperbolic function is introduced to describe the nonlinear stress–strain skeletal curve under cyclic loading. Nonlinear elastic modulus is expressed as a function of shear strain and two variables A and B that are related to the initial tangential modulus and ultimate cyclic loading stress, respectively. In the present paper, variables A and B both are further assumed to be functions of geofiber content, confining pressure and loading repetition. Finally, eight constitutive coefficients of the nonlinear elastic model are calibrated using stress–strain curves from cyclic triaxial shear tests. The calibration of parameters is conducted using the technique of the linear regression for multiple variables. Impacts and effects of geofiber, confining pressure and loading repetitions on soil nonlinear elastic behavior are discussed.     

复杂应力条件下饱和松砂单调与循环剪切特性的比较研究

本文利用大连理工大学新引进与开发的“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,在不排水条件下同时进行了单调剪切试验与循环剪切试验,进而对其进行了对比分析。通过比较表明,应力-应变关系的应变软化和硬化特性与流滑变形和循环流动特性密切相关,当循环剪切应力水平高于单调剪切过程中应变软化阶段最小强度时将会发生流滑变形。无论在单调剪切中,还是在循环剪切中,稳定状态时的有效偏应力比随着大主应力方向与竖向之间夹角的增大而减小,在中主应力系数相同的条件下,循环剪切中呈现显著剪胀时的有效偏应力比和最终稳定状态时的有效偏应力比峰值分别与单调剪切中达到相变状态时的有效偏应力比和最终稳定有效偏应力比基本上一致。然而不排水条件下单调与循环剪切过程中孔隙水压力的增长特性却并不相同,循环剪切中的最大孔隙水压力随着初始主应力方向角的增大而减小,单调剪切中的最大孔隙水压力却随着主应力方向角的增大而增大。     

Settlements under consecutive series of cyclic loading

In this study, consolidation settlements of soft clay caused by cyclic loading and the affecting factors such as number of cycles and stress level were experimentally investigated. A group of samples prepared in slurry consolidometer in the laboratory were tested using cyclic simple shear testing device. Normally consolidated samples were subjected to five consecutive series of cyclic loading and drainage for 60 min were applied between each cyclic loading stages. Cyclic tests were performed with stress controlled two-way sinusoidal wave loading with different stress levels and number of cycles. Frequency of cyclic loading was constant as 0.1 Hz. As a result of this study, it can be concluded that soft clays subjected to undrained cyclic loading and drainage cycles exhibit more resistance against subsequent cyclic shear stresses. The consolidation settlements, pore pressures and shear strains decrease after each stage of cyclic loading.     

不同应力水平下结构性黏土动力特性试验研究

对天津滨海地区典型结构性软黏土进行了压缩试验和不同固结应力下的循环三轴试验。结果表明:结构性软黏土的静力变形特性以先期固结应力和结构屈服应力为分界点可分为3个阶段;不同固结应力下的动应变-振次关系曲线上存在着一个临界动应力比,且该值随着围压的增大而降低;孔隙水压力的变化以结构屈服应力为转折点呈现出不同的变化规律;当振动频率为2Hz时固结应力的改变对轴向动应变的影响不明显。     

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。     

单、双向振动条件下饱和粉砂变形特性对比试验研究

由于仪器水平的限制,关于土体的动力特性的研究目前多采用单向激振方式替代双向激振方式。而这两种激振方式在试验原理方面存在明显不同。很多研究表明,应力路径对土的响应有着不可忽视的影响,这两种方式相替代的合理性尚待证明。本文利用DSC2000多功能动三轴试验系统,选取尾矿砂分别在单向及双向振动条件下进行一系列饱和土的动力特性试验,对比两种激振方式作用下土体的滞回曲线以及骨干曲线的差异,分析土体在这两种振动方式下产生差异的原因,并应用双曲线模型对骨干曲线进行拟合,最后给出在进行土体变形特性试验时以单向激振方式替代双向激振方式的适用条件。     

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。     

Pre-shear effect on liquefaction resistance of a Fujian sand

Pre-shear history has been shown to be a critical factor in the liquefaction resistance of sand. By contrast to prior experimental studies in which triaxial shear tests were used to examine the effects of pre-shear on the liquefaction resistance of sand, hollow cylinder torsional shear tests were used in this study to avoid the influence of the inherent anisotropy that is inevitably produced during the sample preparation process because of gravitational deposition. A series of cyclic undrained shear tests were performed on sand samples that had experienced medium to large pre-shear loading. The test results showed that the liquefaction resistance of sand can be greatly reduced by its pre-shear history, and a pre-shear strain within the range from 0.1% to 5% can cause sand to be more prone to liquefaction. During the cyclic shear tests, the samples that had experienced pre-shear loading exhibited different behaviors when cyclic shear loading started in different directions, i.e., the clockwise direction and the counterclockwise direction. If the cyclic loading started in the identical direction as the pre-shear loading, then the mean effective stress of the sand was almost unchanged during the first half of the loading cycle; if the cyclic loading started in the direction opposite to that of the pre-shear loading, then the mean effective stress decreased significantly during the first half of the loading cycle. However, this anisotropic behavior was only remarkable during the first loading cycle. From the second cycle onward, the speeds of the decrease in the mean effective stresses in the two types of shear tests became similar.