在二维应力状态下土体地震动偏应力的特征

地震作用在土体中产生的动偏应力包括动水平剪应力τｖｈ 和动正应力差［σｐ － σｈ］ ／２ 。本文讨论了这两种动偏应力分量之间相互变化的关系     

在二维应力状态下地震触发砂土液化动应力条件

在二维应力状态下,地震在土体中不仅产生动水平剪应力τｈｄ,而且也引起在一般情况下不可忽略的竖向与水平动正应力关「σｖｄ－σｈｄ」／２,二者定义为动偏应力之二分量,均应是评估土体或土工结构物变形及其稳定性的主要因素。本文给出了在地震动偏应力二分量共同作用下,土单元中最大往返剪切作用面及其上最大动剪应力比「τｄ／σｓ」ｍａｘ的确定方法。据此,提出了地震触发砂土液化的应力条件及液化判别准则。     

地震触发砂土液化总应力判别法——以北京密云水库白河主坝震害为例

在二维应力状态下，地震在土体中不仅产生水平剪应力τvh，而且引起一般情况不可忽略的竖向动正应力σv及水平动正应力σh，在研究地震触发砂土液化的应力条件及液化判别方法时尖考虑这三种动应力的联合作用，本文基于莫尔－库伦强度准则，采用总应力方法，能够考虑地震动水平剪应力τvh，竖向动正应力σv及水平动正应力σh共同作用的砂土液化判别准则，并且经北京密云水库白河主坝震害为例，说明了这种液化判别准则的有效性及其使用方法。     

描述软土不排水循环应力应变响应的拟动力关系

依据等效黏弹性理论与蠕变理论,建立了描述一般应力状态饱和软土不排水循环应力应变响应的拟动力本构关系。该关系包括三个基本参数：循环剪切模量,阻尼比与增量循环累积应变。利用循环剪切模量与阻尼比随土单元八面体剪应变的变化描述循环荷载作用下软土的不排水循环应变,依据Mises蠕变势函数与正交流动法则确定循环累积应变增量。通过饱和软土不固结不排水循环三轴压缩试验确定这些变化关系。按确定出的参数预测循环三轴拉伸与循环扭剪试验结果。预测出的循环拉伸试验剪切模量和阻尼比随八面体剪应变的变化与试验结果吻合。对于循环扭剪试验,当循环偏应力与静偏应力方向一致时,预测出的循环累积应变随循环次数的变化与试验结果基本一致;当循环偏应力与静偏应力作用方向不一致时,预测出的循环累积应变与试验结果相比偏小。     

描述软土不排水循环应力应变响应的拟动力关系

依据等效黏弹性理论与蠕变理论,建立了描述一般应力状态饱和软土不排水循环应力应变响应的拟动力本构关系。该关系包括三个基本参数：循环剪切模量,阻尼比与增量循环累积应变。利用循环剪切模量与阻尼比随土单元八面体剪应变的变化描述循环荷载作用下软土的不排水循环应变,依据Mises蠕变势函数与正交流动法则确定循环累积应变增量。通过饱和软土不固结不排水循环三轴压缩试验确定这些变化关系。按确定出的参数预测循环三轴拉伸与循环扭剪试验结果。预测出的循环拉伸试验剪切模量和阻尼比随八面体剪应变的变化与试验结果吻合。对于循环扭剪试验,当循环偏应力与静偏应力方向一致时,预测出的循环累积应变随循环次数的变化与试验结果基本一致;当循环偏应力与静偏应力作用方向不一致时,预测出的循环累积应变与试验结果相比偏小。     

地震触发砂土液化总应力判别法 －以北京密云水库白河主坝震害为例

在二维应力状态下，地震在土体中不仅产生动水平剪应力τ     

根据走滑大地震前后应力轴偏转和应力降求取偏应力量值的研究

运用走滑地震造成的地震前后应力方向偏转和地震应力降Δτ推导得到地震震源处偏应力量值τ的解析表达式为τ=［Δτcos2(φ′[KG-*2]P-E)］/sin2(φ′[KG-*2]P-φP)(其中,φ\-P和φ′[KG-*2]P分别为地震前后的统计P轴走向,E为地震断层走向.).当震前P轴与震后P轴与断层走向夹角为45°时,该公式失效.对偏应力值与应力降比值随应力场主压应力轴与断层走向夹角及应力场主压应力轴偏转的变化进行分析表明,相同应力降造成的应力轴偏转越大,地下偏应力越小; 断层走向越接近主压应力轴方向,地震应力降场对偏应力场的贡献越小.将该方法运用于Landers地震震源区,求得了该地震Homestead Valley段的偏应力量值为10MPa.     

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。     

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。     

循环荷载下南京片状细砂的动应力——应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力一应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量Gsec和最大割线模量Gmax的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。     

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。     

加筋土动弹性模量的动三轴试验研究

采用动三轴试验系统对加筋土试样进行固结不排水三轴剪切试验。研究了在不同加筋材料、不同加筋层数、不同围压、不同固结应力比条件下的加筋土的动弹性模量变化规律,并与素土试样试验结果进行对比。研究结果表明,加筋土的动弹性模量随围压和固结应力比的增加而增大,窗纱加筋试样的最大动模量相比素土有了较大的提高,并随着加筋层数的增加而增大,土工布加筋土试样最大动弹模量与素土的最大动弹模量增减趋势不明确。     

基于应力偏量的横波纯应力逆时偏移成像方法

基于弹性波解耦延拓方程的波场分离方法不仅可以得到解耦的纵、横波质点振动速度场,还可以获得纵、横波应力场.针对横波纯应力场在利用单一分量成像时不具有明确物理意义的问题,本文将应力偏张量引入到横波应力场中,基于应力偏量第二不变量构建得到横波应力不变量并将其用于应力场的逆时偏移成像中,获得了可完整表征横波应力场的成像结果.模型试算表明,本文构建的横波应力不变量可以有效利用横波应力张量中的波场信息,并得到准确的弹性逆时偏移成像结果.     

荆江大堤下伏饱和粉细砂动力特性试验研究

针对荆江大堤江陵段下伏地层广泛分布的饱和粉细砂,参照原位试验成果重塑粉细砂试样,按估算的固结应力比(Kc约为1.6)对试样动剪模量、阻尼比及总应力动强度进行测试,结果表明:(1)试样应力-应变骨干曲线与Hardin-Drnevich双曲线模型假设高度吻合,Hardin公式可很好地拟合动模量/阻尼比与动应变的关系。在研究试样密实度范围内,最大动模量随围压和密实度的增加而增加,但围压对动模量的敏感性更高,且相同围压下动剪模量比与动应变关系曲线近乎重合。围压增大或密实度升高均会引起阻尼比的降低,1%应变对应的阻尼比分布在0.15~0.21之间;(2)偏压状态下以累积轴向应变5%作为液化判别标准进行抗液化强度试验,随特征振次及测试围压的增大,液化动剪应力比相应减小,试样振动孔压比最高仅能达到0.8~0.9;(3)由总应力法求取的动内摩擦角与黏聚力均随设定特征振次的增加而下降,且内聚力并非约等于0,表明动力作用下该试样具有一定的黏滞性。     

不同加载频率及循环应力比条件下舟山海相软黏土动力特性试验研究

不同地域的软黏土表现出不同的动力学特性,针对舟山地区海相软黏土,采用Wille动三轴仪开展了一系列不排水三轴试验,研究了不同加载频率及循环应力比对软黏土的动应力-应变-孔压及软化指数等的影响规律。结果表明：低频荷载的应力-应变滞回曲线对应的面积较大且曲线趋势更倾向于应变轴,随着循环次数的增加土体的软化程度明显增加(软化指数减少),且在高循环应力比下产生较大的累积塑性应变和残余动孔压;在低频较大循环振次和高频荷载作用下,不仅需要关注循环应力比CSR的影响,也需要进一步分别关注围压和轴向偏应力各自数值不同所导致的土体累积塑性应变、残余动孔压的变化;降低循环应力比可以显著减少不同频率荷载对软黏土地基动力特性的影响。此外,实验所测的累积塑性应变和残余动孔压分别采用相关修正模型拟合,取得了一致的拟合结果。该研究将为舟山海相软黏土的工程应用提供参考依据。     

等效拉压荷载下饱和粉质黏土的弹塑性变形特性研究

动三轴试验中,若在一定轴向静偏应力基础上施加对称正弦波荷载,土体会在荷载正半部分出现轴向压缩状态,而在荷载负半部分有可能因为侧向应力大于轴向应力而出现轴向等效拉伸状态,将此类荷载暂称为等效拉压荷载。为研究等效拉压荷载下饱和粉质黏土的弹塑性变形,设计了多级正弦波荷载室内不排水动三轴试验。依据试验数据揭示了围压、静偏应力、动偏应力和压实系数对土体弹塑性变形发展的影响,并提出用拉压效应系数来确定轴向塑性累积应变的发展趋势。研究表明:若取轴向压缩方向为正方向,拉压效应系数存在一临界值,当实际值大于临界值时,塑性累积应变向负方向发展,反之则向正方向发展或基本保持不变;同时Hardin模型可以较好地描述饱和粉质黏土的动弹模-动应变关系,且塑性累积应变向负方向发展时动弹模量普遍偏小。     

深水中大跨径斜拉桥地震响应分析

本文以某斜拉桥为例,采用基于Morison方程的附加动水质量方法研究了动水压力对深水中大跨径斜拉桥地震响应的影响,并对中国、日本和欧洲规范中动水惯性系数的取值进行了对比研究。结果表明,在深水条件下应当考虑动水压力作用对结构地震响应的影响。对比日本和欧洲规范,我国规范中动水惯性系数取值偏低,动水压力的影响偏小。     

2002年迪纳利断层地震前后的应力

根据2002年迪纳利断层地震前后的主应力方向及应力变化,采用一种新方法得到了沿该地震破裂的断层在空间上平均的绝对偏应力张量。应力是在沿迪纳利断层在3个区域估计的,其中一个区域还包括苏西特纳冰川断层,一个区域沿托茨昌达断层。估计的地震前分解到地震破裂断层上的空间平均剪切应力约为1MPa到约4MPa。得到的所有这些区域地震后沿断层的剪切应力几乎为零(0±1MPa)。这些结果表明:沿走向数十千米的平均偏应力水平较低,地震时的应力下降较为完全。     

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。     

双向循环荷载耦合下黄土动模量和动变形特性研究

通过在三轴试样的轴向和径向同时施加循环荷载,并以试样45°面上的应力来模拟地震拉压动荷载和剪切动荷载的作用,分析双向循环荷载耦合下黄土的动剪切模量和动变形特性。试验结果表明:相位差对黄土的动剪切模量有一定影响,其动剪切模量随相位差的增大以φ=180°为转折点呈现先减小后增大的趋势,在φ=180°时达到最低水平。φ180°时相位差的增大加速了黄土动剪应变的发展,φ180°时黄土的动剪切变形的发展速度随相位差的增大而减缓。同时径向动荷载幅值的增大明显降低黄土的初始动剪切模量。通过计算转化,分析拉压动荷载和剪切动荷载变化对黄土动剪切变形发展的影响规律,发现拉压动荷载的施加能加快黄土动剪切变形的发展,而当拉压和剪切动荷载同时变化时,剪切动荷载变化对黄土动剪切变形发展的影响更明显,作用更显著。