黄土微观参数指标与阻尼比关联度研究

对岷县地震台、庆阳黄土塬2~12m深度土层的粉土、粉质黏土样品,利用室内动三轴试验和扫描电镜试验,测定阻尼比和微观结构特征,研究了粉土、粉质黏土的阻尼比随深度的变化及应力应变关系,采用灰色关联度方法,分析了黄土竖向（沉积方向）和横向（垂直于沉积方向）的微观结构参数对阻尼比影响的主次关系及其权重。研究结果表明:小应变下,粉土和粉质黏土阻尼比随着深度的增加而减小;粉土和粉质黏土的微观参数与阻尼比有一定的关联性,粉土竖向的微观参数对阻尼比的影响较为敏感;粉质黏土横向的微观参数对阻尼比的影响更加敏感;影响权重方面,粉质黏土的平均形状系数影响权重最大,对阻尼比的影响最大;粉土的平均形状系数、分形维数和概率熵影响权重最大,对阻尼比影响最敏感。平均面积无论在关联度还是影响权重方面对阻尼比影响最小,该结论粉土与粉质黏土保持一致。     

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。     

动荷载作用下粉煤灰改良黄土的动应力-应变关系研究

基于动三轴试验系统,以素黄土和粉煤灰改良黄土为研究对象,研究了动荷载作用下素黄土和不同掺合比粉煤灰改良黄土的动应力-应变关系,同时对其模型参数、初始动弹性模量和阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:(1)素黄土和不同掺合比粉煤灰改良黄土的动应力-应变骨干曲线服从双曲线模型,但模型参数随粉煤灰掺入量的不同而不同。通过研究数据的拟合,初步建立了粉煤灰改良黄土的动应力-应变关系模型参数a、b与粉煤灰掺入量m之间的定量关系。(2)粉煤灰掺入量对粉煤灰改良黄土的初始动弹性模量和阻尼比影响明显,表现出初始动弹性模量随粉煤灰掺入量的增大而增加以及阻尼比明显减小的特性。(3)从土动力学角度出发,定量地给出了最佳灰-土掺合比。     

初始主应力方向角对黄土动变形特性影响研究

建筑物和构筑物地基土体的主应力方向往往发生旋转,因此研究初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响规律具有一定的现实意义。通过对不同初始应力状态下原状与重塑黄土进行动扭剪三轴试验,研究了初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响规律,结果表明:在不同初始主应力方向角下,原状黄土抵抗剪切变形的能力大于重塑黄土;在其他条件相同的情况下,初始主应力方向角越大,黄土抵抗剪切变形的能力越弱;随着初始主应力方向角的增大,黄土的动剪切模量随动剪应变变化的规律呈现出减小的变化趋势,而阻尼比则呈现出增大的变化趋势;初始动剪切模量与最大动剪应力随初始主应力方向角的增大而减小。建议在初始平均主应力较大的情况下,考虑初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响,试验成果可为黄土地区工程设计提供一定的参考。     

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.     

考虑非饱和特性的黄土湿陷性与微观结构分析

利用扫描电子显微镜测试技术对3个场地16个土样的微观结构进行观测,并使用图像处理软件对微观图像进行处理、对土样孔隙的几何特征参数和分维数进行了提取,土样孔隙分布分维数为1.816~1.936。利用分形几何学原理建立非饱和土的孔隙分布函数,对天然湿度下黄土中水分分布进行分析,运用回归分析的方法对孔隙的分维数、非饱和孔隙孔隙率和湿陷性的关系进行了分析。结果表明：孔隙分维数越大,孔隙结构越复杂;天然湿度下处于非饱和状态的黄土孔隙孔径均大于40μm,黄土的湿陷系数随着孔隙分维数、非饱和孔隙孔隙率的增大而增大,非饱和孔隙是造成黄土湿陷的主要原因。     

基于Matlab和IPP的黄土孔隙微观结构研究

黄土的孔隙结构是区别于其他土类的重要特点之一,黄土的湿陷、震陷等宏观力学表现与其孔隙结构密切相关。本文开发了利用Matlab和IPP(Image-Pro Plus)软件相结合的方法对黄土微结构图像进行处理,提出了一种基于灰度计算土的三维孔隙率方法,并对青海西宁、甘肃永登、甘肃兰州、宁夏西吉和山西芮城五处场地的原状黄土微观结构进行了定性与定量分析。结果表明:不同地区的Q3黄土微结构往往与地域、深度以及气候条件密切相关。在定性方面,六盘山附近及以东的地区降雨量较为丰富,颗粒以集粒和凝块为主;而六盘山以西的地区气候较为干旱,颗粒之间接触面较小,易形成架空孔隙。在定量方面,在空间上自西北向东南,黄土大孔隙含量增加;在深度上自上至下,黄土颗粒相互靠拢,粒间距离减小,大孔隙含量减小;随着深度的增加,地应力逐渐增大,黄土颗粒和孔隙受到挤压发生转动和变形,中孔隙和大孔隙的椭圆率变小,其中大孔隙变化显著;土体发生重塑,孔隙排列变得有序,孔隙大小以及孔隙面积在各个区域分布相对均匀,分维数和概率熵减小,玫瑰图曲线变得圆滑。     

土非线性参数变异性对标准设计谱的影响

岩土工程中存在许多不确定性,建筑物抗震规范设计中的标准设计谱实际代表着一种平均结果,并没有考虑到场地土体非线性参数的变异性。文中采用数值模拟的方法研究了土非线性参数变异性对标准设计谱的影响。给出了考虑土非线性参数变异性的概率设计谱。结果表明,土非线性参数变异性对标准设计谱的影响显著;粘性土和无粘性土的动剪切模量比对标准设计谱的影响决定于土非线性参数的概率水准,同时也取决于概率设计谱的频段;烈度7度、8度和9度下土体动剪切模量比变异性使标准设计谱平台最大变化50%、80%和100%,阻尼比变异性使标准设计谱平台最大变化40%、45%和60%。     

中主应力对压实黄土动变形特性的影响

常规的三轴试验通常无法真实模拟实际工程中土体所受的应力状态,因而就不能准确地评价土体的变形特性,尤其是中主应力对土体变形的影响。通过对原有的DTC-199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造,可进行中主应力对压实黄土动变形影响的试验研究。中主应力的大小σ2通过中主应力系数b(b=(σ2-σ3)/(σ1-σ3))来反映,在其它固结条件不变的前提下,初始中主应力系数b对压实黄土的动剪切模量有一定的影响,随着b的增大,动剪切模量有减小的趋势,最大剪应力也逐渐减小;b对最大动剪切模量基本没有影响。初始中主应力系数b对压实黄土的阻尼比λ基本没有影响,在λ-lgγd的半对数坐标图中,阻尼比随动剪应变的增加有逐渐增大的趋势,并且表现出较好的相关性。     

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。     

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。     

玻璃球动弹性模量特性试验和数值模拟研究

堆石料颗粒形状较为复杂,且存在明显的颗粒破碎特征。为剔除颗粒形状对堆石料动力特性的影响,在不考虑颗粒破碎的情况下,采用玻璃球模拟堆石料进行动三轴试验,分析了试验围压对玻璃球动弹性模量的影响。基于动三轴试验成果,开展了细观数值模拟研究。研究表明：玻璃球的动弹性模量变化规律与堆石料的基本一致;三维颗粒流方程能较好地模拟该材料的动弹性模量特性;随着粗细颗粒直径跨度增大,试样级配关系增强,最大动弹性模量随之增大;细颗粒直径变小和粗颗粒直径变大都将引起最大动弹性模量的增大。试样的动弹性模量随着细观剪切模量的增大而增大,近似为幂函数关系,动应变降低。     

强震作用下抗震陷黄土改良地基的微观特征分析

基于动三轴试验和SEM细观结构测试试验,结合图像分析处理软件,对强震荷载前后宝兰客运专线沿线典型震陷性黄土及其经物理、化学和复合改良方法处理后的试样进行微观尺度的结构变形演化规律研究,探讨不同改良方法对土体微结构的影响及其与震陷系数之间的内在联系。结果表明:(1)物理改良方法对于消除大孔隙和架空孔隙结构的效果最为明显,同时对颗粒级配和结构也有调整;(2)化学改性方法则从颗粒接触方式、粒间胶结程度等方面影响土体强度,且不同化学反应的参与可生成独特的玻璃微珠或絮凝状细结构,从而大大提升土体某项参数指标,进而在强震中分别起到填充、胶结或缓冲作用;(3)强震作用前后不同改良方法对各微观要素的改变与相应的残余应变现象吻合较好,说明微结构能有效反映改良黄土残余变形的强弱。     

应变控制下深层黏土动弹性模量与阻尼比试验研究

为研究天津滨海新区深层黏土动力特性,借助GDS动三轴仪器对应变控制条件下天津滨海新区深层黏土的动弹性模量及阻尼比的变化规律进行研究。每组试验中将相应深度土体上覆土层压力作为试验围压,其间只改变控制应变进行循环三轴试验。试验结果表明,土体动弹性模量、阻尼比受围压影响有一个限值,超过这个限值(约3倍参考围压),围压对土体动弹性模量、阻尼比影响很小,但土体动应变对其影响较大。     

考虑土体性质的黄土震陷灾害区域性特征

本研究在通渭、兰州、西吉、宝鸡、西安等多个西北典型黄土震陷灾害场地获取原状土样,通过对密度、含水率、孔隙比、塑液限等物理指标的测试,分析其与土体震陷性的关系;通过动弹性模量和阻尼比、动强度、震陷等室内动力特性试验,并结合大量前人研究资料,分析土体性质对岩土震陷灾害的区域性影响。结果表明：1）震陷系数与单一土体物性参数呈正相关或负相关关系,六盘山以西和以东的黄土震陷特性反映了明显的地区变化规律,在相同地震荷载作用下震害东轻西重;2）随着时间的推移,人类的活动增加,改变了土的含水率,导致土体上覆压力增大,在上覆压力的作用下,土体的初始孔隙数量有所减少,其固结程度越来越好,宏观表现为土体的易损性即震陷性减小。     

不同区域原状黄土颗粒和孔隙特征分析

研究不同区域黄土颗粒和孔隙大小、形状和排列的定量差异,针对甘肃兰州、陕西西安和山西运城的原状黄土的电镜照片进行定量分析。首先应用Autocad描绘获得颗粒和孔隙的边界,拉开各对象后填充,然后导入到图像分析软件中获得各对象的长轴,短轴、周长、面积和长轴方向角;其次应用得到的参数计算反映对象大小、形状和定向排列的定量参数;最后比较不同区域原状黄土中颗粒和孔隙的定量参数差异。结果表明:甘肃兰州黄土颗粒的平均直径最大,形状最偏离圆形,三个区域颗粒排布在空间分布均匀;甘肃兰州黄土的孔隙平均直径与陕西西安的接近,形状更偏离圆形;颗粒的平均直径接近于孔隙的平均直径,颗粒形状更接近于圆形。     

土体非线性参数变异性与地表响应的概率关系

场地土体非线性参数存在明显的变异性,因而与其相关的许多岩土工程问题都会受到其变异性的影响。采用数值模拟的方法研究了场地土非线性参数概率与场地地表加速度反应谱概率之间的关系。结果表明,场地土体动剪切模量比概率水平与场地地表加速度反应谱概率水平的关系随周期频段的变化而变化,粘性土在0.01 s～0.8 s周期内,无粘性土在0.02 s～0.7 s周期内,两者基本呈线性关系;场地土体阻尼比概率水平与地表加速度反应谱概率水平存在良好的对应关系,二者概率水平一致,且与反应谱的频段无关;在0.01 s～6.0 s周期频段内,无粘性土和粘性土的阻尼比概率与地表反应谱概率水平呈明显的线性关系。     

双向循环荷载下黄土的动变形特性研究

利用SDT-20型动三轴仪在双向循环荷载下探究了黄土的动变形特性,分析了初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土动变形发展的影响。试验结果表明:双向循环荷载作用下,初始动应力状态对黄土破坏模式有重要影响,初始循环偏应力小于0 k Pa时,黄土呈受拉破坏,初始循环偏应力大于0 k Pa时,黄土呈受压破坏。初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土的动剪切变形均有明显的影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值的增大均加快了黄土的动剪切变形发展,使土体的破坏更迅速。预剪应力对土体起到预压密作用,黄土的动剪切变形的发展随预剪应力的增大而减缓。当剪切动荷载幅值保持不变时,拉压动荷载幅值的增大明显地加速了黄土动剪切变形的发展,其对土体动剪切变形的影响和剪切动荷载是一致的。     

基于测井曲线分形维的碳酸盐岩孔隙结构分类方法

非均质储层的孔隙结构与物性、渗流、电性等特征密切相关,是影响储层品质及流体性质的重要因素.利用常规测井曲线实现全井段孔隙结构定量评价对于储层非均质性评价具有重要意义.首先根据岩心压汞资料对孔隙结构进行分类,依据分形理论求取不同测井曲线的分形维数,通过对比选取反应孔隙大小的孔隙度测井曲线盒维数和反应孔隙连通程度的电阻率曲线R/S维数来对孔隙结构进行分类评价,绘制孔隙度曲线加权盒维数和电阻率曲线加权R/S维数交会图,确定每类孔隙结构分类标准,最后利用分形维数范围对全井段孔隙结构进行分类.研究表明,不同测井曲线反应的岩石物理信息不同,其分形维不一定相同.地层非均质性越强,不同测量原理的曲线计算的分形维差别越大;通过提取反应不同测井曲线变化复杂程度的维度信息,建立交会图识别孔隙结构类型,充分考虑了孔隙大小和连通程度,避免了单一分形维无法完全反映曲线的变化程度,避开了流体等信息对测井曲线的影响,提取的参数仅反应岩石非均质性强度,有利于解决油气勘探中非均质性地层孔隙结构精细定量评价问题.     

加筋黄土的动力特性研究

以西安市临潼区骊山山前断裂带区域为研究背景,对区域内黄土进行纤维加筋处理。基于正交试验方法设计试验方案,开展加筋土动三轴试验,探讨纤维加筋黄土的动弹性模量差异性,对比分析动弹性模量的影响因素。对正交试验数据结果进行极差分析得出,纤维长度、纤维含量和土体饱和度是影响纤维加筋黄土动弹性模量的三大因素,且三者对其的影响大小顺序为土体饱和度,纤维长度,纤维含量;方差分析得出土体饱和度对玻璃纤维和聚丙烯纤维加筋黄土的显著水平分别是0.035、0.058,土体饱和度对纤维加筋黄土的动弹性模量影响显著,玻璃纤维加筋土和聚丙烯纤维加筋土的优水平均为0.6%的纤维含量、50%土体饱和度、12 mm的纤维长度。研究结果表明,玻璃纤维加筋黄土和聚丙烯纤维加筋黄土的动弹性模量约为无纤维黄土的1.5倍。纤维长度对加筋土动弹性模量的影响呈正相关。玻璃纤维加筋土和聚丙烯纤维加筋土的动弹性模量随纤维含量的变化趋势几乎一致,为先增长后降低。黄土进行纤维加筋处理有助于提升断裂带区域黄土强度,保障断裂带区域工程基础安全建设和运行。