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。     

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。     

循环荷载下压实黄土动力特性的试验研究

以吕梁压实黄土为研究对象,通过大量动三轴试验,研究了含水率、干密度、围压和固结应力比等因素对压实黄土动剪切模量和阻尼比的影响。结果表明:压实黄土的动剪切模量随动剪应变的增大而减小,可用半对数坐标系下的直线方程进行拟合;动剪切模量和初始动剪切模量均随含水率的增大而减小,随干密度、围压和固结应力比的增大而增大;固结应力比对动剪切模量的影响随着动剪应变的增大而减弱;阻尼比大致上随着含水率的增大呈缓慢增大趋势,随着干密度、围压和固结应力比的增大呈缓慢减小趋势。进行压实黄土的动力研究,对高烈度黄土地区的大规模基础建设具有重要的理论和现实意义。     

双向动荷载下黄土的动剪切模量特性研究

利用SDT-20型动三轴仪探究了黄土在双向动荷载下的动剪切模量特性。试验结果表明:初始循环偏应力和径向动荷载幅值对黄土的动剪切模量-动剪应变曲线没有明显影响,其对黄土的动剪切模量-循环次数曲线却有明显影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值越大,相同循环次数下黄土的动剪切模量越小。动剪切应变相等时,黄土的动剪切模量随固结比的增大而增大。双向动荷载作用下黄土存在临界循环偏应力,其值为0 k Pa。当循环偏应力小于临界值时,动剪切模量随动剪应变的增大而增大;当循环偏应力大于临界值时,动剪切模量随动剪应变的增大而减小。利用拐点动剪切模量折减的方式,并同时结合修正Hardin-Drnevich模型,实现了对黄土在双向动荷载下动剪切模量-动剪应变关系的描述。经验证,模型的适用性较好。     

分级循环荷载作用下冻土动应变幅值的试验研究

通过低温动三轴试验,采用分级加载方式逐级施加动荷载,对不同加载频率、围压和负温条件下青藏冻结黏土和兰州黄土的动应变幅值变化特征进行了试验研究。结果表明,同一级荷载作用下,动应变幅值随振次的增加基本不变,可以采用平均值来反映各级加载下的动应变幅值;不同加载频率、围压和温度条件下,动应变幅值随动应力幅值的变化规律相同,即随着动应力幅值的增加,动应变幅值逐渐增大;动应变幅值随加载频率的增加而减小,但减小的速率逐渐降低,动应变幅值最终趋于一稳定值,对于青藏黏土和兰州黄土,该稳定值均随加载级数的增加而增加;随着围压的增加,青藏黏土的动应变幅值变化不大,而兰州黄土的动应变幅值呈逐渐减小的趋势;动应变幅值随温度的降低而减小。动应力幅值对动应变幅值的影响最大,动荷载振动频率的影响次之,温度的影响第三,围压的影响最小。     

反复冻融条件下粉砂土动力学参数试验研究

在大量冻融试验和动三轴试验的基础上,深入研究和分析了经历多次冻融循环后粉砂土动模量和阻尼比的变化规律。研究结果表明：同一动应变水平下,动应力大小与冻融次数、含水率呈负相关性,而与围压、加载频率、压实度呈正相关性;粉砂土的动应力-动应变关系存在明显的非线性,且随动应变水平的提高,动模量成倍减小,而阻尼比则成倍增大;随冻融次数的增加,动模量降低而阻尼比则增大,且经历6次冻融后均趋于稳定,建议将6次冻融后的力学特性作为设计与计算指标;围压和压实度的提高有效增强了土颗粒之间的骨架作用,动模量随围压和压实度的增减而增减,阻尼比则随围压和压实度的增加而降低;含水率的变化对阻尼比的影响不大,而当土样达到饱和状态时,动模量成倍降低;加载频率对阻尼比的影响较大,并随频率的提高而迅速降低。     

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。     

昆明泥炭质土动剪切模量与阻尼比的试验研究

利用DDS-70型动三轴仪开展了昆明盆地泥炭质土的动力学参数试验研究,分析了不同围压、固结比、振动频率对泥炭质土的最大剪切模量G_(max)、动剪切模量G_d、剪切模量比G_d/G_(max)及阻尼比λ的影响规律。试验结果表明:泥炭质土的G_(max)随围压和固结比呈线性增大。随着剪应变dg的增大,泥炭质土的G_d减小,λ增大,当剪应变较小时,变化幅度较小,剪应变增大到一定程度后,变化速率加快。相同剪应变下,G_d随着围压和固结比的增大而提高。不同围压、固结比及振动频率下的G_d/G_(max)变化较小。围压、振动频率对λ的影响较为明显,而固结比对λ的影响没有明显的倾向性。根据试验结果,建立了考虑围压和固结比影响的G_(max)回归方程,采用Davidenkov模型及依据阻尼比与剪应变的经验关系,得到了泥炭质土的动剪切模量比及阻尼比模型,拟合结果显示,建立的模型能较好地描述泥炭质土的模量阻尼比随剪应变的变化规律。进一步对比分析了不同地区泥炭质土以及不同土类的模量阻尼比特性的差异性。     

分散性土动剪切模量影响因素的试验研究

分散性土耐冲蚀性低、抗渗性能差,在纯水中具有很高的分散性,严重威胁水利工程的安全。在分散性土的鉴别和改性方面已有很多成果,但分散性土动力特性的研究见诸报端的还很少。利用日本诚研社生产的DTC-199型电液伺服加荷往复扭剪三轴仪,对取自宁夏某碾压均质土坝的分散性土的动剪切模量进行了探索。通过改变试样的含水率、干密度和围压等初始条件,研究分散性土在不同试验条件下的动力特性及剪切模量的变化规律,并进行对比分析。得出：分散性土的动剪应力-应变关系符合Hardin-Drnevich双曲线模型;控制初始条件,当其他条件相同时,含水率越低,动剪切模量越大;干密度越大,试样动剪切模量越大;围压越高,其动剪切模量越大;初始剪切模量及最大动剪应力的变化规律与之相似。动剪切模量随动剪切应变的增大普遍呈衰减趋势。     

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。     

加筋土动弹性模量的动三轴试验研究

用DDS-70动三轴仪研究了加筋土的动弹性模量,着重研究了动弹性模量随围压、密实度和加筋层数的影响。研究表明：加筋土试样动应力-应变关系曲线符合双曲线模型;加筋土动弹性模量和应变相关曲线与纯粉土的有关曲线相似;加筋土试样的动弹性模量随应力水平的增长而降低;在相同的动应力水平下,随围压、初始干密度的增大而增大。动弹性模量随动应变的增加而减小,其变化呈指数衰减。加筋土的最大动弹性模量与筋体自身性质、围压和土体的密实程度有关。     

断层泥动剪切模量和阻尼比影响因素试验研究

利用GDS共振柱试验系统对不同干密度、不同含水率的断层泥试样进行了动剪切模量和阻尼比试验研究。结果表明,使用Hardin-Drnevich双曲线模型能够较好地描述断层泥的动剪切模量随剪应变的变化趋势;随干密度增加,动剪切模量和阻尼比均增大;而随含水率增加,动剪切模量和阻尼比均减小;归一化动剪切模量试验点主要位于Seed和Idriss提出的砂土G/G_max～γ曲线变动范围内,且与Sun和Seed推荐黏性土曲线变化趋势一致;在半对数坐标系中,阻尼比与动剪应变呈良好的线性关系,并给出了拟合关系式。     

冻土动力学参数研究的成果综述与展望

通过对前人的试验成果进行整理, 得到冻土动力学参数随温度、频率、应变幅、含水量和围压等因素的整体变化规律. 整体上看, 冻土的动弹性模量和动剪切模量随温度的降低而增大、随荷载振动频率的增加而增大、随动应变幅的增加而减小、随含水量的增加先增大后减小、随围压的增加而增大; 冻土的泊松比随温度的降低而增大; 冻土的阻尼比随温度的降低而减小, 随频率、应变幅、含水量、围压的变化规律性不强. 通过对试验条件和数值模拟时的实际工况对比分析, 给出如下建议: 动弹性模量和动剪切模量的预估适合用两段式线性模型, -5℃可以作为两段式的分界点; 列车荷载作用下冻土的动力响应属于小应变幅的振动, 冻土动力学参数应选择波速法的试验结果.     

水泥土-粉土复合试样动弹模量的试验研究

通过水泥土-粉土复合试样的动三轴试验,研究了动荷载作用下围压、置换率及初始干密度对复合试样动弹模量 的影响。结果表明：经过置换后,复合试样的动弹模量得到提高;动应力-应变关系曲线符合双曲线模型;动弹模量和应变相关曲线与纯粉土的有关曲线形状相似;水泥土-粉土复合试样的动弹模量随应变水平的增长而降低;在相同的动应变水平下,随围压、置换率及初始干密度的增大而增大;在围压较小时,置换率、围压和干密度对动弹模量的影响更显著;复合试样的最大动弹模也随围压、置换率、初始干密度的增大而增大;归一化后的 曲线分布在一个相对狭窄的范围内。     

考虑多因素耦合效应的冻结兰州黄土动力学参数研究

为了探究多因素耦合效应对冻结兰州黄土动力参数的影响,以分布在我国西部季节冻土区的兰州黄土为研究对象,通过动三轴试验研究了不同围压（0.1、0.2、0.3 MPa）、温度（-1、-3、-5℃）、含水率（14%、16%、18%）及加载频率（1、2、4Hz）影响下冻结兰州黄土的动力参数变化特征。基于试验结果,分析了冻结兰州黄土最大动弹性模量、等效黏滞阻尼系数、参考应变幅值在温度、围压、含水率、加载频率等多因素耦合影响下的变化规律。结果表明,温度、含水率、加载频率和围压等耦合因素对冻结兰州黄土动弹性模量、参考应变幅值和等效黏滞阻尼系数的影响程度有差异。可以发现,冻结兰州黄土动弹性模量和参考应变幅值随温度变化的影响最显著,等效黏滞阻尼系数随加载频率变化表现最敏感。基于试验数据,对影响冻结兰州黄土的4种因素进行归一化和无量纲化处理,采用多元回归分析方法提出了冻结兰州黄土动力学参数的预测公式,有助于快速预测冻结兰州黄土在多因素耦合效应影响下的动力学参数变化特征。     

不同含水率下黏土弹性参数的弯曲-伸展元试验研究

用GDS弯曲-伸展元系统对不同含水率的低液限黏土进行波速试验,根据波动理论测得黏土的剪切模量、侧限模量和泊松比,研究不同含水率、不同试验有效围压、不同信号输入频率对试验结果的影响,并对S波(剪切波)与P波(压缩波)的输出波型信号特征进行分析,将不同信号分析方法所测得结果与共振柱结果进行对比。试验结果表明,(1)在低液限黏土中的剪切波速V_s、压缩波速V_p均随输入频率增大而增大,且增幅随频率增加而减小;在黏土材料中S波的近场效应随含水率和激发频率的提高而减弱;(2)剪切模量G_0和侧限模量M_0均随试验围压的增大而提高,G_0随试样含水率的提高而降低;(3)泊松比随含水率的提高而增大,且随着含水率的增大试验围压对泊松比的影响减弱。     

循环荷载下压实黄土动强度特性研究

移山填沟进行新区建设或修建机场, 是黄土地区应对建设用地不足而采取的一项新措施。进行压实黄土的动强度特性研究, 对高烈度黄土地区大规模移山填沟具有重要的理论和现实意义。本文利用GDS振动三轴仪对吕梁压实黄土的动强度特性进行了研究, 分析了含水率、干密度和加载频率对其动强度的影响规律。结果表明:压实黄土的动强度随含水率的增大而减小, 随干密度和加载频率的增加而增大; 含水率对压实黄土的动强度影响显著; 压实黄土的动强度随着振次的增加而减小, 用半对数坐标系下的直线方程拟合效果较好。     

分级循环荷载下原状红黏土动力特性试验研究

为研究循环荷载下原状红黏土路基的动力特性,采用SDT-20型动三轴仪对原状红黏土进行了分级循环动三轴试验,研究了围压、频率及动应力幅值对原状红黏土的动应力、动弹性模量-动应变（ E_d-ε_d）和动剪切模量-动剪切应变（ G_d-γ_d）关系曲线的影响规律。结果表明:原状红黏土的动应力-动应变关系曲线发展规律可采用Kondner模型进行描述;动应力随动应变先急剧增大后趋于平稳,并给出了急剧增加时动应变的取值范围,即0%～0.05%;分析了不同围压、振动频率下红黏土的动弹性模量及动剪切模量的变化规律,当动应变小于临界值时,红黏土动弹性模量随动应变的增大而增大;当动应变大于临界值时,红黏土材料动弹性模量随动应变的增大而减小,动剪切模量具有相同变化规律;结合红黏土的动力特性变化规律,利用围压对动弹性模量进行折减,在Darendeli模型的基础上建立了红黏土路基动弹性模量、动剪切模量的分段预测模型,经拟合验证,本文分段模型的适用性较好,可预测分级循环荷载下红黏土的动弹性模量-动应变（E_d-ε_d）和动剪切模量-动剪切应变（G_d-γ_d）关系曲线发展趋势。     

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。     

黄土地基动力沉降特性试验研究

路基工后沉降控制是客运专线路基工程研究的重点内容,其中地基在列车荷载长期重复作用下的累积沉降不可忽视。为揭示黄土地基在列车振动荷载长期作用下的沉降变形,通过对原状黄土试样的循环三轴试验,模拟实际列车荷载瞬时加载状态,采用不等向长持时加载,得出了在不同围压条件下黄土的动强度特性和循环应力-累积应变关系,并对较小循环应力下的循环应力-累积应变关系进行了归一化处理,得到了以下结论：①黄土的累积应变随时间的增加而增大,当循环应力不超过临界应力时,应变会最终达到稳定;反之,黄土结构遭到破坏,应变不能达到稳定;②不同围压下的黄土累积应变均随循环应力的增大而增大,且临界循环应力随围压的增大而增大。③在同一围压状态和同一应变破坏标准下,动强度随振次的增加而减小;④在不同围压、相同振次条件下达到相同的应变所需要的循环应力随围压的增大而增大;⑤在较小循环应力作用下,不同围压下黄土的累积应变随循环应力增加呈线性增长。