基于弹性模量退化的冻土动力损伤特性研究

为研究冻土在不同温度下的弹性模量退化与动力特佂,通过对不同负温条件下冻土试样进行循环加、卸载试验,获得其在动荷载作用下的应力-应变滞回曲线与疲劳损伤寿命。按照疲劳寿命与应力幅之间的关系确定了冻土在不同温度下的疲劳损伤参数。根据冻土的弹性模量退化规律提出了动弹模衰减控制方程并建立了冻土唯象疲劳损伤模型。根据冻土实测的循环加卸载滞回曲线特征,提出了理想和非理想滞回圈情况下阻尼比联合分析方法;基于Kelvin模型建立了滞回圈演化规律与弹性模量退化及加载时间的数学联系。研究发现：考虑了动弹模衰减影响的唯象疲劳损伤模型描述了冻土的加速疲劳损伤特征;理想滞回与非理想滞回阻尼比联合分析方法考虑滞回圈的实际演化特征;基于弹性模量退化的Kelvin流变模型建立了滞回圈曲线与加、卸载时间的数学联系。     

土工格栅加筋橡胶碎石动力特性试验研究

土工格栅加筋是提升橡胶碎石混合料承载能力的重要方式。为探究土工格栅加筋橡胶碎石复合体动力特性及其作用机制,基于分级循环荷载作用下大型三轴试验,对3种代表性橡胶掺量碎石混合料进行不同层数土工格栅加筋,分析其累积塑性应变、滞回曲线发展演化规律,对比动弹性模量、阻尼比等动力特性关键参数,探讨耦合作用影响机制。研究结果表明：同级动应力作用下土工格栅加筋可减缓累积塑性应变的增大,随着加筋层数的增多,加筋效果更为明显;橡胶掺量增加可提升试样延性,但导致承载能大幅降低,不利于筋材加筋效果的发挥;滞回曲线形态主要取决于橡胶掺量,随着橡胶掺量增加,其形态更加饱满、倾斜,其排列更加稀疏;土工格栅加筋可提升复合体动弹性模量,并随筋材层数增多呈现出明显增长阶段;橡胶掺量对阻尼比初始值以及变化趋势产生主要影响。     

风化砂改良膨胀土的动力特性研究

风化砂与膨胀土结合作为路基具有操作工艺简单、环保友好、费用低廉等优点。通过GDS动三轴试验,研究不同围压、振动频率对风化砂改良膨胀土动强度、动弹性模量与等效阻尼比等动力特性参数的影响规律。试验结果表明,风化砂改良膨胀土的应力-应变骨干曲线及阻尼比与应变关系均可用双曲线函数描述;随着动应变增加,风化砂改良膨胀土动弹性模量减小,阻尼比增大;在循环动应力作用下风化砂改良膨胀土应力-应变关系曲线呈封闭滞回圈,滞回曲线轴线随动应力增加逐渐拉长且斜率减小,土样呈现出典型的应变软化特征;随着围压和加载频率增大,风化砂改良膨胀土动弹模增大,阻尼比减小;频率对动弹模影响集中在应变ε_d0.2%范围内,对阻尼比的影响集中在ε_d0.1%范围内。     

循环荷载下重塑弱膨胀土滞回曲线形态特征定量研究

以重塑弱膨胀土为研究对象,利用GDS动静态真三轴仪采用分级、单级加载方式对土体进行循环动荷载试验,研究不同围压、频率、固结应力比下土体滞回曲线演化规律。采用滞回曲线形态特征(包围的面积S、长轴斜率k、相邻滞回曲线中心间距d及不闭合程度ε_p)对土体滞回曲线进行定量描述。试验结果表明:膨胀土滞回曲线的S、d、ε_p随动应力幅值增大呈非线性增大,随围压、频率、固结应力比的增大而减小;k随动应力幅值的增大呈对数关系衰减,随围压、频率、固结应力比的增加而增大;单级循环荷载下膨胀土滞回曲线ε_p、d、S均随振次的增加呈非线性衰减,出现循环蠕变现象,分级加载历史对膨胀土滞回曲线的影响较小。     

循环荷载作用下纤维水泥土动力特性

通过动三轴试验,研究水泥土中掺入不同掺量的聚丙烯纤维和玄武岩纤维条件下,其动应力 、动弹性模量 随动应变的变化规律。试验结果表明：水泥土的动强度和动弹性模量与围压、掺入纤维的种类和纤维掺量有关;随着纤维掺量的增多,水泥土的动强度和动弹性模量增大,动变形减小。从滞回曲线和微观的角度分析,掺入玄武岩纤维的水泥土动力性能最好,聚丙烯纤维水泥土次之,素水泥土（无纤维）较弱;最大动弹性模量 随着围压和纤维掺量的增大而增大。玄武岩纤维水泥土在不同围压下的 归一化曲线相互聚拢,表明 对围压的依赖程度降低。     

水泥改良泥质板岩粗粒土的静动力特性试验

为综合评价水泥改良泥质板岩粗粒土的力学性质改良效果,利用大型静动三轴仪对改良土和未改良土开展不排水条件下的循环动力加载和单调加载试验。研究该改良土的循环动力特性和中低应变率单调加载下的静、动力学特性。研究表明,对于循环动力加载试验,围压和加载频率均是影响改良土动弹性模量和阻尼比的重要因素;循环动应力强度和破坏振次的对数近似呈线性递减关系;随着应变率增加,水泥改良泥质板岩土的静动应力强度之比显著增加。相对未改良土,改良土的刚度显著提高,而黏滞性减弱;改良土动应力强度的应变率效应显著增大;改良土的静力强度有了显著提高。改良土的内摩擦角和未改良土的相差不大,而它的黏聚力较未改良土有了很大的增加。水泥改良,泥质板岩粗粒土后的静、动力学性质得到提高,改良效果良好。     

循环荷载的频率和幅值对砂岩动力特性的影响

岩体动力参数的取值关系到岩体结构工程动力计算结果是否符合工程实际。鉴于实际动力荷载的频率和幅值都可能在一定范围内变化,设计了综合考虑频率和幅值变化的循环加、卸载试验方案,分析这两种因素对砂岩动应力-应变滞回曲线、动弹性模量、阻尼比和阻尼系数等动力参数的影响。研究结果表明:(1)应力-应变滞回圈的形态与加卸载的频率和幅值有关,频率越大则越饱满,幅值越大则越狭长;(2)循环荷载频率从0.02 Hz增至1.00 Hz,砂岩的阻尼系数逐渐减小,而阻尼比和动弹性模量逐渐增大,比较而言,阻尼比和阻尼系数变化幅度较大,动弹性模量的变化幅度较小;(3)循环荷载应力幅从10 MPa增至35 MPa时,砂岩的阻尼比逐渐减小,阻尼系数变化不大,而动弹模逐渐增大,比较而言,应力幅对动弹性模量的影响较大。研究成果可为岩石动力参数的合理选取提供较好的参考。     

动渗耦合作用下软黏土动力特性试验研究

针对天津地区饱和软黏土,开展了一系列动渗耦合作用下的循环三轴试验。结果表明,软黏土在动渗耦合作用下累积塑性应变发展呈现初期瞬时增长、减速增加、稳定/线性发展3阶段特征;渗流力的存在使得软黏土的动力变形增大1～2倍,且渗流力越大,累积塑性变形增幅越大;振动频率越小,动应力越高,累积塑性应变越大;建立了考虑渗流力作用的软黏土累积塑性应变预测模型;渗流力的存在使得加载初期滞回曲线向应变轴倾斜程度增大;动渗耦合下软黏土的动弹性模量随应变发展先增加后减小,且渗流力越大,模量越低;定义了动弹性模量的换算系数,揭示了其与累积塑性应变的变化规律,建立了考虑渗流力、频率影响的动弹性模量归一化预测模型;渗流力越大,阻尼比的衰减幅度越大,且在振动末期,其阻尼比近似为0.02～0.04。研究成果可以为流固耦合条件下的场地动力特性分析提供理论参考。     

冻结橡胶加筋膨胀土(ESR)的动力特性研究

作为轻质、高压缩性、弹性大的材料,橡胶加筋土已成功在岩土工程中应用。许多学者对常温条件下的橡胶加筋土进行了一系列静力和动力性能的研究。然而,我国作为世界第三大冻土国家,冻结状态下橡胶加筋膨胀土(Expansion Soil-Rubber,ESR)的动力特性研究还相对处于空白。本文通过低温动三轴试验,研究了冻结条件下橡胶加筋膨胀土(ESR)的动力响应特性,阐释了橡胶掺量对ESR的影响。结果表明:(1)冻结时ESR的滞回曲线呈椭圆形,随橡胶掺量的增加,滞回曲线逐渐变扁平;(2)ESR的剪应力略低于素膨胀土,在橡胶掺量为10%时,ESR的剪应力最小;(3)随着橡胶掺量和剪应变的增大,ESR的剪切模量逐渐减小;(4)在冻结过程中,素膨胀土与ESR的阻尼比皆随剪应变的增加而减小,相比于素膨胀土,ESR的阻尼比要更大。     

应变累积对黏土动剪模量和阻尼比影响的试验研究

通过对比试验,研究了分级循环加载试验中的应变积累现象,分析其对土动剪模量和阻尼比的影响,并指出：由于剪切应变的积累,分级循环加载试验得出的滞回曲线随着加载级数的增加,而沿着剪应变轴逐渐发生平移,但其形状特性并未发生变化。讨论了分级加载试验数据处理的方法,试验结果表明：先前的较小幅值荷载作用下产生的累积应变对后继较大幅值荷载下测得的动剪模量和阻尼比影响较小。最后,分析了分级循环加载试验方法的意义。     

风积沙轻骨料混凝土冻融损伤及寿命预测研究

基于浮石轻骨料混凝土为基础, 将不同质量的风积沙作为细骨料替代部分河砂, 研究风积沙轻骨料混凝土冻融损伤机理及服役寿命. 通过室内快速冻融循环试验, 定量分析风积沙轻骨料混凝土的抗冻耐久性能. 在整个冻融循环期内, 相对动弹性模量的变化规律可分为直线下降阶段、 直线+曲线下降阶段、 曲线下降阶段. 以此为基础, 建立轻骨料混凝土直线和曲线双段式相对动弹性模量衰减方程, 依据5组混凝土的抗冻试验结果对方程进行了验证, 并预测其在西部地区的服役寿命. 结果表明: 直线和曲线双段式的相对动弹性模量衰减方程能够准确的反应混凝土冻融损伤劣化规律. 风积沙最优替代率为20%, 可以满足25 a的使用寿命. 损伤模型可为沙漠地区混凝土使用提供一定的理论依据.     

风积砂-黄土过渡型砂性黄土动力特性试验研究

随着沙漠-黄土高原过渡地带各类资源的不断勘探和开发,对风积砂-黄土过渡型砂性黄土的动力特性缺乏了解这一问题愈来愈成为此类地区地震与人工动力相关工程建设发展的制约因素。本文在等压固结条件下,通过进行室内固结不排水动三轴试验,获得了风积砂-黄土过渡型砂性黄土的动力学参数,并以此为基础绘制了风积砂-黄土过渡型砂性黄土的动应力-应变关系曲线,探讨了风积砂-黄土过渡型砂性黄土动模量的变化特征、阻尼比随动剪应变变化的曲线关系及适合的拟合模型,进一步建立了适用于风积砂-黄土过渡型砂性黄土的等效动黏弹性本构模型。结果表明:Hardin双曲线模型对风积砂-黄土过渡型砂性黄土动剪切模量与动剪应变关系曲线的拟合较好,而幂函数经验公式对阻尼比与动剪应变关系曲线的拟合较好。本文研究结果为风积砂-黄土过渡型砂性黄土动力特性的研究提供了基础。     

浸泡-风干循环作用下砂岩动力特性劣化规律研究

在库水的长期浸泡-风干循环作用下,库岸边坡岩体的动力特性变化规律直接影响其长期稳定性能,其中,消落带是库岸边坡稳定的敏感地带。因此,特选取三峡库区库岸边坡消落带典型砂岩为研究对象,设计了考虑水压力反复升降变化和浸泡-风干循环耦合作用的试验方案,对不同浸泡-风干循环作用周期的岩样进行单轴循环加、卸载动力响应试验。研究结果表明：随着浸泡-风干循环作用次数的增加,相同次数加、卸载循环作用时对应岩样的轴向应变、动应力-应变曲线的滞回圈面积逐渐增大,计算得到砂岩的阻尼系数、阻尼比逐渐变大,动弹性模量逐渐减小,说明浸泡-风干循环作用对砂岩动力特性的损伤是一种累积性发展的过程。最后,基于岩样的微观结构变化,对浸泡-风干水岩循环作用下砂岩动力特性劣化机制进行探讨。研究成果对库区大量存在的库岸边坡在考虑地震作用下的长期稳定性评价具有较高的参考价值。     

不同冻结条件下辽西风积砂土动力参数试验研究

为研究不同冻结条件对辽西风积砂土动力参数的影响, 以京沈客运专线阜新段路基为研究背景, 利用GDS冻土动态三轴测试系统对不同温度、 水分、 冻融次数下风积砂土的动弹性模量及阻尼比进行了测试, 获得了土体动弹性模量及阻尼比的变化规律, 提出了风积砂土动力参数的修正系数。结果表明： 随着环境温度的降低, 土体动弹性模量逐渐增大, 阻尼比逐渐减小, 温度与动弹性模量之间近似呈线性关系, 与阻尼比呈指数关系; 随着含水率的增加, 土体动弹性模量逐渐增大。存在着一个含水率敏感区间, 在此区间内动弹性模量变化较为明显, 含水率与阻尼比之间关系不明显, 随着含水率的增加阻尼比稍有降低; 随着冻融循环次数的增加动弹性模量逐渐降低, 阻尼比逐渐增大, 前5次冻融循环对土体动力参数的影响较大, 之后影响逐渐减小。在此基础上, 建立了风积砂土动力参数的修正系数, 能够较好的反映不同冻结条件下土体动力参数的变化规律, 为季冻区铁道工程建设提供参考。     

深部围岩流变特性试验研究及其模型辨识

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300m东大巷二煤层底板粉砂岩进行了单轴蠕变特性试验,详细探讨了轴向蠕变变形特征,蠕变速率与时间和应力水平的关系,瞬时弹性模量和变形模量变化特征.试验结果表明,当应力水平低于岩石的长期强度时,粉砂岩只发生衰减蠕变,应力水平对蠕变速率变化的影响不明显;当应力水平高于岩石的长期强度时,岩石等速蠕变阶段明显.对流变试验数据进行深入分析的基础上,进行了流变模型辨识和基于最小二乘法的参数确定.根据不同应力水平下加卸载过程中岩石的蠕变特点,提出了采用改进的两原模型模拟岩石的蠕变特性.模型计算结果表明,改进后的西元模型既能够较好地描述低应力下的衰减蠕变,又能较精确地描述高应力下岩石的衰减蠕变和等速蠕变特性.     

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。     

基于达维坚科夫骨架曲线的软土非线性动力本构模型研究

试验研究表明,上海地区软土的动力变形特性符合“应变软化”规律,可用达维坚科夫（Давидеков）模型描述。首先以达维坚科夫骨架曲线为基础,采用Masing法则,构造了土体加载、再卸载的动应力-应变关系滞回曲线,推导了达维坚科夫骨架曲线和卸载、再加载滞回曲线的增量剪切模量表达式。随后将土体动应力-应变关系曲线从一维推广到三维应变空间,基于FLAC3D提供的二次开发平台,编制了基于达维坚科夫骨架曲线和符合广义Masing法则的土体非线性动力本构模型计算程序,并且通过复杂加载路径验证了编制程序的正确性和合理性。以相关文献中的土体动剪切模量比 随剪应变幅值 变化,以及阻尼比 随剪应变幅值 变化的试验结果为依据,运用编制程序计算了不同剪应变幅值下的 - 和 - 曲线,并与文献试验结果进行了对比。研究结果表明,相比于工程上广泛应用的Hardin-Drnevich模型,基于达维坚科夫骨架曲线构造的本构模型所得到的软土 - 和 - 曲线能与试验结果更符合,进而验证了所建立的本构模型的合理性与实用性,其结果可用于上海地区软土场地的动力计算反应分析。     

盐岩流变损伤特性及本构模型研究

借助盐岩单轴流变-声发射试验,分析了流变3个特征阶段与声发射事件数的对应关系,并基于Weibull分布构建了声发射事件数随加载时间的关系式,进而获得了损伤变量的演化关系式。对盐岩流变-声发射试验及流变-超声波试验数据拟合分析表明,该损伤变量表达式具有很好的适用性。进一步对损伤表达式中的参数进行了敏感性分析,揭示了形状参数、尺度参数对损伤值的影响规律。引入分数阶微积分理论及损伤理论,构建了基于损伤的Abel黏壶本构关系,通过替代西原模型中Newton黏壶的方法,求解获得了盐岩分数阶流变本构模型。由盐岩单轴流变试验曲线拟合分析可知,分数阶流变模型能很好地描述盐岩流变的3个特征阶段,尤其是加速流变阶段,且验证了西原模型为分数阶流变模型的一种特殊形式。     

厦门砂土的动力特性研究

为了探讨厦门砂土的动力特性,对厦门金秋豪园场地的中粗砂和细粉砂做了一系列振动三轴试验,并对同一场地的含泥中砂做了4个共振柱试验。根据试验结果,确定了中粗砂与细粉砂的液化曲线和动本构关系,提出了相应的动孔压模型,得到了含泥中砂在小应变条件下动剪切模量和阻尼比的变化规律。