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。     

埋深对黏性土动剪切模量和阻尼比影响试验研究

动剪切模量和阻尼比是两个重要的土动力学参数,在场地地震反应分析中是不可或缺的基础内容。本文通过对取自江苏地区的397个原状黏性土样进行自振柱试验,深入研究了土的埋藏深度对各类土的最大剪切模量、动剪切模量比和阻尼比与剪应变的关系影响,结果发现:各类土的最大剪切模量均随埋深的增大而增大,二者在统计意义上呈指数关系;埋深对黏性土的动剪切模量比和阻尼比与剪应变关系曲线也有较明显的影响,且这种影响的程度随埋深的增大而减小;动剪切模量比和阻尼比关系曲线受埋深变化影响的敏感性因土类的不同而有明显差异,从本次结果来看,埋深对粉质黏土与粉砂互层的影响最大,对淤泥质土和粉土的影响次之,对黏土和粉质黏土的动力特性影响最小,且每种土动剪切模量与剪应变的关系和阻尼比与剪应变的关系受埋深的影响表现出了不同的变化趋势。此外建立了土层模型进行了地震反应分析,验证了考虑埋深对土动力学参数影响的必要性,在工程上具有一定的参考意义。     

非等向固结压缩量对土体刚度影响试验研究

采用动三轴弯曲元联合试验方法,对兰州原状黄土进行了均等固结与偏压固结下剪切波速测试,实测偏压固结下与均等固结下剪切波速比值远大于按Hardin公式计算值,验证了以往相关试验现象的可靠性。并且,不同于以往共振柱仪器不能测试试样变形,动三轴试样轴向变形结果表明,偏压固结比均等固结下黄土试样轴向变形大很多,偏压固结下剪切作用使土体骨架产生相对于均等固结更大的压缩量,并且改变了土颗粒间的接触行为,致使土体剪切波速最终产生了一个超过Hardin公式平均主应力所描述的增长。回顾以往研究结果,砂土密度及级配状况等决定土体压缩性的因素,同时也决定着固结比对剪切模量的影响程度,证实了压缩性是决定固结比对土体刚度影响的重要因素。     

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。     

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。     

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。     

昆明黏性土动力特性试验研究

对昆明地区黏性土进行室内的共振柱试验和动三轴试验,初步研究了该地区黏性土的动力特性,得出了不同初始固结比下黏性土的动强度曲线,比较了黏土与粉质黏土的动强度受固结应力比的差异,并对黏性土的动强度与破坏时其振动周数之间的关系曲线进行了拟合,给出了其数学表达式根据试验所得动强度包线的特征和动强度参数,分析了黏性土强度参数的变...     

土的动剪切模量、阻尼比和泊松比研究进展

介绍了现场测试与实验室测试土的最大动剪切模量的差别、动剪切模量和阻尼比与剪应变关系的表达式及其地区经验成果、固结比对最大动剪切模量影响、动泊松比研究、实验误差及其对地震动的影响等方面的主要成果。提出应加强动泊松比研究,加强共振柱和动三轴试验土动力学参数统一的数学模型研究,加强土动力学参数在均等固结与非均等固结条件下关系研究,加强土动力学参数与土的常规物理力学性质指标关系研究和土动力学参数实验误差研究。     

南京地区新近沉积土的动剪切模量和阻尼比的初步研究

本文通过对南京地区两个工程场地漫滩相成因的砂土和淤泥质粉粘土与粉砂互层土的自振动柱试验结果进行分析，探讨了围压对剪切模量G及阻力比λ的影响，通过与Seed和Idriss建议的砂土G/Gmax-γ和λ-γ曲线变化范围的对比，认为不能简单地把淤泥质粉质粘土与粉砂层土当作砂土或粉质粘土对待。     

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。     

Effect of consolidation ratios on maximum dynamic shear modulus of sands

The dynamic shear modulus (DSM) is the most basic soil parameter in earthquake or other dynamic loading conditions and can be obtained through testing in the field or in the laboratory. The effect of consolidation ratios on the maximum DSM for two types of sand is investigated by using resonant column tests. And, an increment formula to obtain the maximum DSM for cases of consolidation ratio κc>1 is presented. The results indicate that the maximum DSM rises rapidly when κc is near 1 and then slows down, which means that the power function of the consolidation ratio increment κc-1 can be used to describe the variation of the maximum DSM due to κc>1. The results also indicate that the increase in the maximum DSM due to κc>1 is significantly larger than that predicted by Hardin and Black's formula.     

Dynamic shear modulus of undisturbed soil under different consolidation ratios and its effects on surface ground motion

The dynamic shear modulus for three types of undisturbed soil under different consolidation ratios is presented by using the resonant column test method. Its effects on surface ground motion is illustrated by calculation. The test results indicate that the power function is a suitable form for describing the relationship between the ratio of the maximum dynamic shear modulus due to anisotropic and isotropic consolidations and the increment of the consolidation ratio. When compared to sand, the increment of the maximum dynamic shear modulus for undisturbed soil due to anisotropic consolidation is much larger. Using a one-dimensional equivalent linearization method, the earthquake influence factor and the characteristic period of the surface acceleration are calculated for two soil layers subjected to several typical earthquake waves. The calculated results show that the difference in nonlinear properties due to different consolidation ratios is generally not very notable, but the degree of its influence on the surface acceleration spectrum is remarkable for the occurrence of strong earthquakes. When compared to isotropic consolidation, the consideration of actual anisotropic consolidation causes the characteristic period to decrease and the earthquake influence factor to increase.     

循环荷载作用下红黏土累积变形研究

通过GDS动三轴设备对赣南红黏土进行了一系列排水条件下的大次数循环试验,研究不同循环应力比、固结应力比及围压对赣南红黏土累积变形特性的影响。结果表明：在不同固结应力比、固结压力和循环应力比条件下,红黏土的累积应变都呈现出先迅速累积,后增长变缓,最终稳定的趋势;在一定的循环次数之后,不同初始固结应力和不同初始应力比条件下累积应变与循环次数之间的变形规律呈现为线性关系,且初始固结应力和初始固结应力比越小,其线性相关性越好;不同循环应力比下赣南红黏土的平均累积应变速率与循环次数之间也呈现出明显的线性关系。此外,基于以上关系建立了赣南红黏土在长期循环荷载作用下的累积变形预测模型,并通过对比验证了该模型的可行性。     

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。     

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。     

固结时间对软粘土动剪切模量的影响

随着固结时间的增加,试样逐渐变硬的硬化效应使软粘土的动剪切模量增大;同时,随着固结时间的增加,试样高度和直径明显减小的尺寸效应,也使软粘土的动剪切模量受到显著的影响。通过软粘土自振柱试验,分析了固结时间对软粘土的最大动剪切模量、动剪切模量比和试样尺寸的影响;根据自振柱试验的基本原理,分析了试样尺寸的变化对软粘土动剪切模量的影响;结合试验得到的固结时间和试样尺寸的关系,分析了固结时间通过试样尺寸对软粘土动剪切模量的影响。     

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。     

筑坝反滤料动模量和阻尼比试验的颗粒流模拟

以筑坝反滤料的室内中型动三轴试验结果为基础,运用离散单元法中的二维颗粒流方法建立了轴对称数值试样模型,通过控制加荷过程中试样体积不变的方法,模拟了不排水加载条件下反滤料的动模量和阻尼比试验。调整颗粒的细观接触参数,与真实试验结果进行比较分析,在得到符合实际结果的宏观力学响应的同时,分析了配位数、孔隙率和超孔隙水压的变化,并从微观角度对动三轴试验进行了探讨。讨论了固结比和密实度对动模量的影响,认为粗粒反滤料的固结比对最大动模量的影响比较符合Hardin推导公式的结果。结果表明,颗粒流方法可以较好地模拟反滤料的动模量和阻尼比试验,试验过程中微观方面的袁现也符合实际室内试验的规律。