红粘土动本构关系与动模量衰减模型

针对高速交通循环荷载下红粘土路堑基床的动力稳定性问题,基于大量室内动三轴试验,研究了不同试验条件下原状结构红粘土动本构关系及动模量衰减规律。试验成果表明:原状结构红粘土动本构关系仍可用R.L.Kondner双曲线模型描述;动模量随动应变的增大非线性减小,具有明显的应变软化特征。围压、固结比、含水比对红粘土动本构特征及动模量衰减规律均有明显影响。不考虑其它因素,随围压或固结比的增大,动本构曲线逐渐偏向应力轴,随含水比的增大,动本构曲线逐渐偏离应力轴。同等条件下,动模量随围压、固结比的增大而增大,随含水比的增大而减小。基于回归分析,给出了不同试验条件下原状结构红粘土双曲线模型参数、动模量衰减经验公式及其拟合参数。     

基于真三轴试验的黄土结构性变化规律研究

基于综合结构势理论,通过自主研发的真三轴仪,研究了原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的应力-应变关系和土的结构性变化规律,针对反映黄土变形过程结构性演变的应力比结构性参数,揭示了不同含水率黄土结构性参数与广义剪应变关系随固结压力、应力路径的变化规律,建立了数学描述模型,同时验证了真三轴仪和应力比结构性参数的可靠性。结果表明,土的状态不同,其应力-应变关系存在明显差异。原状土更易呈现应变软化或双曲线特性,而重塑土或饱和土更易呈现双曲线或应变硬化特性。随着剪切变形和含水率的增大,土的结构性均逐渐减小,而固结压力? c和中主应力参数b值也会影响土的结构性变化规律。提出的结构性参数的拟合公式与理论和试验结合吻合较好,可推广工程应用。     

饱和击实黄土的动力特性研究

通过进行不同固结条件下饱和击实黄土的动三轴试验,研究了饱和击实黄土的动模量、阻尼比、动强度、动孔压及抗液化特性。研究结果表明：饱和击实黄土的动应力-应变关系符合双曲线模型,模型中参数起始动剪切模量和最大动应力与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且可以对不同固结应力状态归一,固结围压和固结比对阻尼比的影响较小。动剪应力比随固结围压的增大而减小,随固结比的增大而增大。固结围压、固结比以及动应力皆对动孔压比（ ）与振次比关系有显著的影响,而动孔压与破坏时动孔压之比与振次比关系只受固结围压变化的影响,基本上不受固结比和动应力变化的影响,可以用幂函数关系来模拟;在均压固结条件下,当破坏振次小于等于30时,饱和击实黄土不会产生液化,而当破坏振次较大（动应力较小）时可以产生液化;在偏压固结条件下不会产生液化。     

列车振动荷载作用下原状黄土动力特性试验

在动三轴试验的基础上,对列车振动荷载作用下原状黄土的动力特性进行研究。试验结果表明:原状黄土在一定的动应力作用下,应变随着振次的增大而增大,随固结应力的增大而减小。应变与动应力在一定条件下近似为双曲线模型。当动应力比较小时,应变与动应力呈近似的直线关系,但随着动应力增大超过了某一临界值时,原状黄土所产生的应变急剧增加,且增加速率随着振动次数的增加而增加。在一定的振动次数下,土样的应变随振动频率的增大而减小,且频率越小的土样越先出现转折点。原状黄土在固结应力比K_c为1时,动弹性模量随着动应变的增加而减小,且逐渐趋于稳定。动阻尼比随应变增大没有明显的增大趋势,分布比较离散,但其值均在0.10～0.30的范围以内变化。      

橡胶砂动剪模量和阻尼比循环单剪试验研究

对7种不同配比的橡胶颗粒-砂混合物（简称橡胶砂）进行了循环单剪试验,得出了4种不同竖向固结压力p下不同配比橡胶砂的动剪模量和阻尼比的变化规律。研究表明：同一固结压力下,橡胶颗粒的增多使得应力-应变曲线明显降低,动剪模量衰减,阻尼比和隔震消能能力提高;同一配比下,橡胶砂的应力-应变曲线和动剪模量随固结压力的增大而增大,而阻尼比则随着固结压力的增大略有降低;橡胶颗粒含量的增加,会使得动剪模量归一化 曲线衰减更早,更有利于橡胶砂的隔震应用;与已有研究的对比分析表明,该试验结果与已有文献的试验结果吻合良好,橡胶砂混合物的动剪模量和阻尼比受试验方法的影响不大。     

考虑结构性的原状黄土应力-应变关系的探讨

土体的结构是其强度、变形的内在决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定。由此,提出了黄土静力结构性参数即联结结构静力强度势参数m? 1、摩擦结构静力强度势参数m? 2以及结构静力强度势参数m? 。这些结构性参数具有明确的物理意义,既能反映黄土的综合结构性,又能分别反映黄土联结结构性和摩擦结构性。分析了静三轴应力条件下黄土的应力-应变特性以及黄土静力结构性参数的变化规律,建立了考虑黄土结构性的原状黄土应力-应变关系式,从而可以由结构性最弱的饱和重塑黄土的应力-应变曲线,通过结构参数模拟得到考虑结构性的原状黄土的应力-应变关系曲线。利用考虑结构性的原状黄土应力-应变关系式可整理计算出原状黄土的强度指标c、初始切线模量Ei、破坏比Rf、应力水平S以及切线弹性模量Et等参数,可应用于静荷载作用下黄土应力-应变有限元分析计算。     

预剪应力作用下原状黄土动力特性试验研究

以陕西武功地区原状黄土为对象,在不同含水率与不同初始平均主应力下进行动扭剪三轴试验,研究了预剪应力作用下原状黄土动剪切模量与阻尼比的变化规律。结果表明：原状黄土动剪切模量随动剪应变变化的整体趋势并未因存在预剪应力作用而发生改变;存在预剪应力作用时,含水率与初始平均主应力对原状黄土动剪切模量的影响程度降低;含水率与初始平均主应力对预剪应力作用下原状黄土的初始动剪切模量具有显著的影响;存在预剪应力作用时原状黄土的阻尼比随动剪应变的增大先减小而后缓慢增大,其值总体上在0.20～0.35之间;现有的半对数坐标进行直线方程拟合的方法已不再适用于存在预剪应力作用时原状黄土阻尼比的计算;含水率对原状黄土阻尼比随动剪应变变化规律的影响呈现出含水率越大、阻尼比越大的趋势;初始平均主应力对原状黄土阻尼比随动剪应变变化的影响规律不明显。     

饱和土结构性参数演化规律及其简化模型研究

引入两类超固结比的概念,对不同围压下,具有两类不同超固结比的饱和原状、重塑黄土试样进行三轴固结不排水剪切试验。结合应力分担率的定义对试验所得的应力-应变曲线进行整理,获得了应力分担率随应变水平呈两阶段变化的特征曲线。定义结构性发挥系数对应力分担率曲线进行归一化处理。结果表明:两类超固结比下,相同围压、具有不同超固结比的试样的结构性发挥系数演化规律具有很好的归一性;不同固结围压时,两类超固结比下,该系数也同样具有很好的归一性。由此提出了描述结构性演化规律的计算模式和相应的理论计算公式。结构性发挥系数的理论公式为一个3段式函数,形式简单、参数少,且具有较好的稳定性。对比分析表明:计算和试验结果具有很好的一致性。     

交通荷载作用下结构性软土动本构关系的试验研究

基于大量动三轴试验,针对滨海新区结构性软土,研究了其动应力-应变、动模量和阻尼比变化规律,并对振动波型、加荷频率以及固结应力比等影响因素进行了深入的研究,得出了如下的结论：振动波型对于结构性软土的动应力-应变类型影响不大,但是最大动弹模量 和动剪切模量 的相差可达2.5倍左右;结构性软土具有明显的频率效应和门槛振动频率;半正弦波型条件下,当围压小于结构屈服压力时,最大动弹模量 随固结比的增加而递减,超过某一应变幅值时,最大动弹模量 将随着固结比的增加而减小;偏压状态下,低应变条件下固结比越大,阻尼比越大,当应变值超过0.004以后,随应变值的不断增大,固结比越大,阻尼比反而越小。所得出的结论对工程应用具有一定的指导意义。     

基于相关函数理论的动模量和阻尼比计算新方法

基于相关函数理论,提出一种新的计算动三轴试验动模量和阻尼比的方法。假设土体为黏弹性体,采用自相关函数分析应力、应变波形的平均幅值,进而计算动模量;采用互相关函数分析应变滞后于应力时程波形的相位差,进而计算阻尼比。利用饱和珊瑚砂、南京细砂和原状粉质黏土的不排水应变控制分级循环加载试验数据,分析结果表明：动模量和阻尼比计算的相关函数法对不同土样具有普适性;应变幅值小于1×10?4时,相关函数法计算动模量及阻尼比的精度明显优于传统的滞回圈法;应变幅值大于1×10?3时,土体呈现强非线性特性,应力-应变滞回圈不对称,相关函数法计算的阻尼更为可靠。     

考虑微结构特征的黄土动力特性影响因素研究

选取1920年海原地震震中滑坡密集分布区宁夏回族自治区西吉县庞湾乡的黄土,分别进行了不同围压,不同含水率条件下的原状、重塑土动三轴试验。结合动三轴试验前后的微观变化图像,探讨围压和水分对黄土试样土颗粒的作用机制,从微结构的角度阐释了两者对黄土动力特性影响的特点。研究结果表明:所取试样动剪切模量与动剪应变的关系可以用H-D模型的推导式拟合,随含水率增加,围压减小,参数a,b值增大;水分在原状试样和重塑试样的作用不同,随着含水率的增加,动剪切模量降低,阻尼比增大,原状试样动剪切模量和阻尼比的变化速率先快后慢,而重塑试样相应值的变化速率先慢后快;除了水分和围压等外在条件的影响,土样本身土体的微观特征如孔隙分布、颗粒大小、粒间间距、联结方式、密实程度等因素对土体动剪切模量和阻尼比等宏观特性产生重要影响。     

分级加载下冻土阻尼比的试验研究

利用MTS-810型振动三轴试验机对不同加载频率、围压和温度下冻结黏土和冻结黄土的阻尼比变化规律进行研究。结果表明:不同频率、围压和温度下,对于冻结黏土,随动应变幅的增大,阻尼比呈先减小再缓慢增大的变化趋势;对于冻结黄土,阻尼比随动应变幅的增加先减小再逐渐保持不变。相同动应变幅下,冻结黏土和冻结黄土的阻尼比随加载频率的增加而减小,随围压的增加变化不大,温度为?0.2~?1℃时,阻尼比的变化规律不明显,温度为?2℃时,阻尼比的取值显著小于?0.2~?1℃时的阻尼比取值。当动应力水平较低时,阻尼比受频率的影响程度较大;当动应力水平较高时,阻尼比受温度的影响程度较大;在整个加载过程中,阻尼比受围压的影响程度最小。当动应变幅较小时,频率对冻结黄土的影响程度要大于冻结黏土,随动应力水平的增高,冻结黄土受频率的影响程度逐渐小于冻结黏土。在整个加载过程中,温度对冻结黄土的影响程度大于冻结黏土,而围压对冻结黄土的影响程度小于冻结黏土。     

不同地区饱和黄土液化特性研究

利用动三轴试验系统,对兰州、固原、潼关地区饱和原状黄土进行了液化试验。通过对饱和黄土液化的动应力、动应变和动孔压发展特点等问题的对比和分析,研究了我国不同地区饱和原状黄土的液化特性。研究表明:(1)黄土液化有其自身的特点,一旦发生液化,抗液化强度将迅速丧失;(2)黄土的区域性结构特性对黄土液化的影响非常明显,表现为不同地区、不同结构的黄土,其液化强度是不同的。而不同地区间黄土的干密度等物性指标对黄土液化的影响远小于区域性结构特性的影响;(3)基于黄土的结构破坏特性和液化特性,给出了饱和黄土的液化破坏应变标准。     

原状与重塑黄土冻融过程渗透特性对比试验研究

通过冻融条件下西安Q₃原状和重塑黄土的电镜扫描观测和三轴固结渗透试验,对比分析了冻融作用对原状和重塑黄土渗透特性的影响规律。结果显示:冻融条件下原状与重塑黄土微观结构均发生明显变化,土体胶结连接强度变差且颗粒排列更加松散,孔隙比增加,渗透性增强。冻融作用对原状和重塑黄土表面结构破坏均较严重,但原状黄土表面结构破坏程度较重塑黄土更为强烈;冻融过程产生的裂缝使得土中水分渗流和迁移的通道形成,导致原状与重塑黄土体渗透性增强。冻融条件下原状与重塑黄土渗透系数随含水率增加均先增大后减小,表现出抛物线变化特征;渗透系数随冻融次数增加均先增大然后趋于稳定,表现出指数增大特征;渗透系数随围压增大均先减小然后趋于稳定,表现出指数下降特征;相同条件下原状黄土渗透系数高于重塑黄土;原状与重塑黄土渗透系数差异随围压增大逐渐减小。     

动载下饱和重塑黄土的骨干曲线变化研究

针对饱和重塑黄土进行了一系列等向固结和偏压固结下的排水与不排水动三轴试验,分析了饱和重塑黄土的动力性质、骨干曲线模型及其影响因素。基于动三轴试验结果,探讨了在考虑累积塑性应变影响下,修正Hardin-Drnevich模型的适用性。结果表明,考虑累积塑性应变时,修正Hardin-Drnevich模型能够较好地模拟饱和重塑黄土的骨干曲线试验结果。进而分析了等向固结和偏压固结、固结围压、波形和排水条件等因素对饱和重塑黄土骨干曲线的影响,得到偏压固结和固结围压的增大使骨干曲线上移,土体强度增加,而波形对骨干曲线的影响较小;排水条件下的骨干曲线较不排水条件下的有所上移,土体强度增加。所得结论可供工程设计人员参考。     

循环荷载作用下高温-高含冰量冻土特性试验研究

为了研究高温-高含冰量冻土这种极不稳定土体的动力学特性,开展了固结围压为0.3、0.5、1.0、3.0、5.0 MPa,控制温度为-0.5、-1.0、-2.0、-4.0 ℃、初始含水率为50%的高含冰量青藏线重塑冻土的动三轴试验。根据试验结果,提出了用广义的双曲线模型来描述动应力-应变关系,并且给出了模型参数预报关系式;基于动弹性模量和轴向应变之间的非线性关系,提出?3 =0.5 MPa为临界围压。当围压大于0.5 MPa时,动弹性模量随着动应变的增大呈减小的趋势;当围压小于0.5 MPa时,动弹性模量随着动应变先增大后又减小;此外,动阻尼比随应变幅值和围压的增大而增大,随着温度的降低,动阻尼比变小。     

含水率对重塑黄土的变形特性影响的实验研究

采用侧限压缩实验,对相同干密度、不同含水率的重塑黄土进行压缩固结实验。借鉴原状黄土湿陷性的研究方法,分析了含水率对于重塑黄土的变形影响。结果表明:低含水率时,孔隙比随应力的变化近似为线性、割线模量随应力的变化表现明显的非线性、应变速率衰减得快;高含水率时,孔隙比随应力的变化表现为明显的非线性、割线模量随应力的变化近似为线性、应变速率衰减得慢。