粉煤灰改良饱和黄土动力特性研究

以资源循环再利用与提高饱和黄土地基抗震性能为目的,通过对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土进行动弹性模量-阻尼比试验,研究了动荷载作用下粉煤灰掺量对饱和改良黄土动骨干曲线的影响,同时对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土初始动弹性模量、最大动应力幅值、动弹性模量与阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:饱和压实素土与不同掺量粉煤灰改良饱和黄土动骨干曲线均可用双曲线模型进行描述,模型参数受粉煤灰掺量影响较大;粉煤灰的掺入可有效改善饱和黄土地基抗震性能,随粉煤灰掺量增加,不同掺量饱和改良黄土动弹性模量与阻尼比分别总体呈增大与减小趋势;考虑粉煤灰改良饱和黄土抗震性能与经济成本,提出了饱和改良黄土最佳粉煤灰掺量为20%~25%;并基于回归分析,给出了饱和改良黄土动弹性模量衰减经验公式与阻尼比增长经验公式及其拟合参数。     

循环荷载作用下广西红黏土动力特性试验研究

针对广西上林县原状红黏土开展一系列循环加载动三轴试验,分析天然含水率、围压与固结应力比等对红黏土动力特性,包话动应力-动应变关系、动弹性模量以及阻尼比等的影响来研究循环荷载作用下红黏土的动力特性。试验结果表明:广西原状红黏土动应力-动应变关系曲线接近双曲线;由于初始剪应力的影响,达到相同的动应变,在均压固结下所需的动应力比在偏压固结下所需动应力要小;动弹性模量随着动应变的增加而减小,且减小幅度随应变增加逐渐减小,初始应力状态对动弹性模量的影响最为显著;固结应力比、围压、含水率和振动次数等对阻尼比均有影响,综合反映在阻尼比随动应变增加而减小,阻尼比离散性较大,取值范围在0.05~0.20之间。利用Konder双曲线模型对试验数据进行拟合,得到相关参数,可为广西地区原状红黏土动力特性设计和数值计算提供一定的理论和参数支持。     

黑龙江省冻结盐渍土动模量阻尼比试验研究

采用低温动三轴试验方法,以黑龙江省季冻区盐渍化问题比较突出的大庆杜尔伯特地区盐渍土为研究对象,针对负温、围压和振动频率3个试验条件,对季冻区盐渍土的动应力、动弹性模量、模量比和阻尼比等动力参数的变化规律及其主要影响因素进行研究,给出不同影响因素下的动应力与动应变关系曲线;动弹性模量与动应变曲线;动模量比与动应变关系曲线和阻尼比与动应变关系曲线的归一化拟合曲线。试验表明:温度对动应力影响最明显,在应变相同的情况下,温度与动应力、动弹性模量、阻尼比呈负相关,而与模量比呈正相关。围压对动弹性模量影响显著,与动应力、动弹性模量、模量比呈正相关,而与阻尼比呈负相关。频率对模量比和阻尼比影响较大,随着频率的增大动应力、动弹性模量和模量比先增大后减小,阻尼比先减小后增大。研究成果为盐渍土场地动力分析计算,冻胀与融沉评价以及冻害防治提供了更为合理可靠的理论依据,可供我国高寒地区工程设计和施工参考。     

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。     

长沙地区典型砂卵石土动力参数计算模型研究

为研究长沙地区典型砂卵石土动力参数计算模型,基于大型动三轴试验,研究了围压、固结应力比及振动频率对砂卵石土动应力—动应变关系的影响,结合动参数模型及试验数据拟合出砂卵石土动弹性模量及阻尼比的经验公式,研究结果表明:围压对砂卵石土动本构关系影响显著;固结应力比大于1.0时,初始剪应力存在对砂卵石土的动强度增加不利;振动频率试验数据表现出良好的归一性,对砂卵石土动本构关系影响小;砂卵石土动力参数经验公式具有良好的可靠性。     

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。     

粉煤灰改良饱和黄土的抗液化特性

为了经济、环保地达到改良处理减轻饱和黄土地基液化震害的目的,通过配备不同粉煤灰掺量的改良黄土进行动三轴试验,研究饱和粉煤灰改良黄土的动应力、动应变和动孔隙水压力变化特征,分析粉煤灰掺量对饱和改良黄土液化应力比、动残余变形和动孔隙水压力的影响规律,并结合微结构试验结果,探讨饱和粉煤灰改良黄土抗液化的物理化学机制。结果表明:粉煤灰掺量对饱和改良黄土的液化应力比、动应变和动孔隙水压力比均具有较为显著的影响。随着粉煤灰掺量的增加,饱和改良黄土的液化应力比持续增加,且当掺量达到15%后,继续增加粉煤灰掺量时改良黄土的液化应力比增加显著。饱和改良黄土的动应变和动孔隙水压力比均随着粉煤灰掺量的增加而减小;掺量达到25%后,饱和改良黄土不液化。饱和粉煤灰改良黄土的SEM细观结构试验照片中呈现大量的圆球状、粒状粉煤灰颗粒和絮凝状胶结物,表明其抗液化的物理化学机制主要包括粉煤灰的水化作用、胶体生成物和颗粒的填隙作用和粉煤灰对游离水的吸附作用。     

动荷载作用下粉煤灰改性黄土的震陷特性

针对黄土地区实现工程施工材料本土化和科学利用粉煤灰问题,对不同配比条件下粉煤灰改性黄土进行重塑非饱和试件的动三轴震陷试验,研究其在动荷载作用下的震陷特性,分析粉煤灰掺入量对动变形模量和动残余应变的影响变化规律。研究结果表明:粉煤灰掺入量对黄土震陷性质的影响较大。相同固结应力水平下,动变形模量和动残余应变随粉煤灰掺入量呈现出不同的变化规律,随着粉煤灰掺入量的增加,黄土动变形模量也随之增大,残余应变则减小。动变形模量与动残余应变之间的变化趋势满足幂函数关系;黄土掺加约20%粉煤灰改性后就能够有良好的抗震陷性能。研究成果可为黄土地区地基的抗震防震设计提供借鉴依据,具有重要的工程实用价值。     

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。     

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。     

黄土层下覆强风化岩动弹性模量和阻尼比试验研究

运用扭剪仪对小应变εd时黄土层下覆强风化岩的动模量和阻尼比进行了系列研究,分析了其动力学特性。结果表明,在小应变情况下风化岩体的动应力与动应变关系为非线性弹性关系,基本符合双曲线型模型;在相同应变范围内,泥岩阻尼比大于红砂岩的阻尼比;在相同固结条件下,红砂岩的初始动弹模大于泥岩初始动弹模。研究为厚覆盖层黄土场地及其下覆强风化岩层、隧道、高边坡动力反应分析和地震后土体变形机理研究提供了必要试验技术和参数。     

山西黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

土的动剪切模量与阻尼比作为土动力特性研究的重要参数,一直备受关注。为了研究山西地区黄土的动力特性,对山西某土石坝坝基黄土进行了共振柱与动三轴试验,获得了在较大应变范围内的动剪切模量与阻尼比试验数据。试验结果表明,山西黄土动剪切模量与阻尼比均显著受初始含水率影响,其归一化的动剪切模量能够用修正的Hardin模型进行拟合,并给出了相关参数;阻尼比可以采用本文建议的公式进行拟合,拟合效果良好。最后,采用经验公式确定了不同围压下的最大动剪切模量的参数。     

不同含水率下滑坡滑带土动力特性试验研究

甘肃舟曲泄流坡滑坡地处活跃断层破裂带内,断层活动控制着该滑坡的发育和运动。为了研究该滑坡滑带土的动力特性,采用重塑滑带土样,在固结不排水条件下,利用分级循环加载法开展动三轴试验,重点探讨含水率的变化对滑带土动力特性的影响规律。试验结果表明:含水率一定时,泄流坡滑坡滑带土的动弹性模量随动应变的增大呈指数形式减小;动应变一定时,动弹性模量随含水率的增大而不断减小,且衰减速率随含水率的增大而增大;含水率并不影响动弹性模量-动应变关系曲线的形态,不同含水率下该关系曲线可以进行归一化。滑带土阻尼比随含水率的增大而增大,阻尼比-动应变关系曲线也具有归一化特征。不同含水率下泄流坡滑带土动应力-应变本构关系可以用双曲线模型进行描述。     

基于细观结构的原状黄土动弹性模量和阻尼比试验研究

黄土的细观结构对其非线性动力参数具有重要影响。选取不同地区的典型原状黄土进行室内动三轴试验和扫描电镜(SEM)试验,利用PCAS孔隙图像识别与分析系统统计分析SEM图像,获取了黄土的孔隙细观结构参数,分析了孔隙细观结构参数与初始动弹性模量和阻尼比的关系。结果表明:初始动弹性模量随着土体平均孔隙直径、表观孔隙率、分形维数和概率熵的增大而减小,其中平均孔隙直径和分形维数对初始动弹性模量的影响较为显著,表明土体内孔隙的大小及其排列对土体的动弹性模量具有明显的影响;而阻尼比均随着土体平均孔隙直径、表观孔隙率、分形维数和概率熵的增大呈非线性增大,其与表观孔隙率和分形维数具有明显的相关性,表明孔隙数量及其排列形态对土的阻尼比影响较为明显。     

黄土动力特性参数的相关性分析

阐述了黄土的动强度与液化、震陷性与动变形、动应力与动应变关系等基本动力学特性及其影响因素。基于黄土地区部分黄土动力学性质的试验结果,运用最小二乘法原理进行了相关性分析,揭示了黄土的动力学参数指标(骨干曲线初始切线模量,骨干曲线渐进线截距,最大动阻尼比)和湿陷性指标(湿陷系数)与黄土的物性指标(塑性指数、孔隙比、含水量)和固结围压之间的相关关系,建立了黄土动力学参数与物理力学指标之间线性关系的系数,为黄土工程的动力反应与稳定性分析提供了研究基础。     

不同混合比橡胶砂动力性能试验研究

橡胶材料具有廉价、阻尼大、弹性变形较好等优点,将废旧轮胎颗粒加入路基填料中可在减少环境污染的同时提高路基抗震性能。本文通过橡胶砂基本物性试验和动三轴试验研究了不同混合比橡胶砂的减震性能,分析对比了不同混合比橡胶砂和纯砂的动弹性模量、阻尼比、动强度、内摩擦角及动应力－应变滞回曲线的变化规律。得出结论:橡胶砂动弹性模量受动应变影响较大,当动应变较大时橡胶砂的弹性模量大于纯砂;掺入橡胶颗粒可提高纯砂的阻尼比和动强度;实际工程应用中需要考虑橡胶砂混合比的影响。     

西北地区典型遗址土动模量与阻尼比特性试验研究

通过室内动三轴试验,研究了西北地区遗址土体的动本构关系,得到了模型参数,分析了遗址土体的动剪模量比和阻尼比的特性,并通过归一化处理得出模型参数,结果表明:遗址土体符合Hardin-Dinevich双曲线模型,其相关系数均大于0.991 7,模型参数a、b与土样密度不存在相关性;在相同荷载下,密度越大,动应变和动残余应变越小,其中陕西定边陡沟子明长城墙体土承受动荷载能力下降较快,而草滩段秦长城墙体、瞭望台台基处初始弹性模量和初始剪切模量较小,三处土体硬度较小,易于遭受病害侵蚀破坏,需进行重点加固维护;遗址墙体所建窑洞处土体强度和硬度明显大于长城墙体,动弹性模量和动剪切模量约为其墙体2倍。草滩段瞭望台土体强度和硬度明显大于同地区长城墙体;遗址土体的动剪切模量G/G0随着动剪应变γd的增加而减小,且密度越大,衰减速度越快,阻尼比D随着动剪应变γd的增长,呈现先缓慢增加-急剧增加-缓慢增加的过程,且密度越大,阻尼比越大。按建造年代、建造形制和用途划分、所处地区对典型遗址进行动力特性的对比分析,为今后土遗址加固保护提供理论基础和参考依据。     

随机地震荷载作用下黄土动本构关系的试验研究

本文利用动三轴试验系统,试验研究了随机地震荷载作用下,非饱和原状黄土的动本构关系。结果表明,其本构关系依然服从双曲线模型,但模型参数随所施加的随机地震荷载时程的不同而不同。在试验中还对不同随机地震荷载和正弦波等效荷载作用下的模型参数、剪切模量和阻尼比进行了对比研究,初步建立了动本构模型参数与所施加的随机地震荷载的卓越周期之间的定量关系。通过试验和计算,证实了曼辛准则对黄土的适用性。     

海洋粉质粘土共振柱试验研究

利用DRNEVICH LONG-TOR型共振柱仪研究杭州湾浅层粉质粘土的动力学性质,阐述动模量和阻尼比随应变增加的变化趋势,分析动模量衰减规律。最大动模量主要与围压Pc、土的固结密度、动应变和初始孔隙比等因素有关;杭州湾粉质粘土动模量随应变的变化规律符合土的非线性、滞后性和变形累积三方面的一般规律;杭州湾粉质粘土与黄河三角洲地区的归一化应力应变曲线相似,而动阻尼比相差较大。     

俄罗斯伊尔库茨克地区黄土动力特性实验研究

利用动三轴实验系统,对俄罗斯伊尔库茨克地区黄土的动力特性进行了研究。获得了该地区黄土的动力特性参数。分析结果表明,该地区黄土的动应力－应变关系符合双曲线模型;动剪模比与剪应变关系曲线具有良好的归一化特性;影响该地区黄土震陷的主要因素是含水量。