循环荷载下粉质粘土特性的试验研究

<正>随着土木工程的发展,各类土在循环荷载下的累积变形和强度问题引起了国内外学者的广泛关注,对于粉质粘土的研究,迄今已有非常丰富的文献资料,研究方法众多,其中室内动三轴试验研究是最常用的研究手段之一。由于循环加载中频率的变化与加载速率有关,本文进行了循环荷载下粉质粘土力学特性的试验研究。循环荷载作用下土的应变是反映土体循环特性的一个重要因素,本文利用应力控制方式对粉质粘土进行了在几个不同循环应力、不同加荷频率条件下的循环三轴实验,研究分析循环应力和加荷频率对     

围压对粉质粘土动力学参数影响的共振柱试验研究

土的最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比是对土层进行动力反应分析的重要力学参数。利用英国GDS公司生产的RCA共振柱仪,研究围压对都江堰地区粉质粘土的上述动力学参数的影响。研究表明：相同围压条件下,最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比随重复次数基本不变,表明该试验过程具有可重复性;最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比均受围压影响较大,随着围压的增大,最大动剪切模量和阻尼比均逐渐增大,而剪应变幅随着围压的增大逐渐减小。据此,建立了都江堰地区粉质粘土动力学参数随围压变化的经验公式。本研究可为土层地震动力反应分析提供参考并积累基础资料。     

北京地区粉质粘土土动力学参数的统计分析

土动力学参数即土的动剪切模量比和阻尼比,对土层地震反应分析结果有重要影响。本文首先选取了北京地区2001年以来,地震安全性评价报告中20份具有完整土动力学参数的实验数据,统计分析了粉质粘土的实测土动力学参数,给出了粉质粘土在不同深度下的动剪切模量比和阻尼比平均值;然后,选取了2个典型工程场地,构建土层分析模型,进行土层地震反应分析计算,并对比分析了本文得到的统计值与典型工程场地的实测值、袁晓铭的推荐值和DB001—94规范的推荐值对土层地震反应分析计算结果的影响。分析结果表明,本文得到的统计值在北京地区具有一定的代表性和适用性,对于获得原状土样困难的场地,特别是对于较薄的夹层土,本文的统计结果在实际的地震安全性评价工作中可供参考使用。     

渤海海域粉质粘土动力学参数的统计分析

本文整理了26个渤海海域场地土动力学测试报告,并按埋深分段统计了0至115m深度范围内粉质粘土的动力学参数,即动剪切模量比和阻尼比。然后,将本文统计值与袁晓铭推荐值和施春花统计过的北京地区粉质粘土的动力学参数值进行了比较,发现海域场地土与陆地场地土的动力学参数值存在较大差异。之后,选择渤海海域的两个场地,建立了相应的土动力学模型,分别选取实测值、本文统计值、施春花统计值进行场地地震反应分析,发现本文统计值与实测值的结果符合的较好。在渤海海域场地地震反应分析工作中,某些粉质粘土层难以获得动力学参数时,可以参考本文的统计值。     

频率对K_0固结饱和粘土动力特性影响的试验分析

通过循环三轴试验,研究了k0固结饱和粘土在0.5 Hz、0.1 Hz与0.01 Hz循环应力作用下,循环强度与土样破坏时最终累积孔压的变化。结果表明,当循环频率从0.1 Hz减少至0.01 Hz时,若循环应力作用下三轴土样发生应力反向,k0固结饱和粘土循环强度大约降低3%左右;若没有应力反向,且当循环破坏次数从10变化至1 000时,循环强度的降低不超过1%,若循环破坏次数大于1 000时,循环频率的改变对循环强度基本没有影响。对于有应力反向情况,循环频率减小将导致最终累积孔压比增加;对于无应力反向情况,循环频率改变对最终累积孔压比的影响并不显著。循环频率对最终累积孔压比的影响与其对循环强度的影响一致。     

南京河西淤泥质粉质粘土卸荷回弹变形研究

通过大量室内固结回弹试验,研究了南京河西地区淤泥质粉质粘土的卸荷回弹变形规律。固结-回弹-再压缩曲线表明该地区淤泥质粉质粘土的弹性变形要比其塑性变形量小得多,卸荷再压缩后,土体的压缩性也明显降低;通过分析卸荷比和回弹率、回弹应变以及回弹模量的关系曲线,确定了该地区淤泥质粉质粘土的临界卸荷比和极限卸荷比指标,从而可以确定开挖卸荷的影响深度范围。卸荷回弹变形随着卸荷滞留时间的增长,有先增大后减小的特点。试验结果表明,在卸荷与加荷作用下,土体的变形特性、变形模量有着明显差别。     

昆明盆地粉质粘土土动力参数研究

土动力参数是土层地震反应分析中重要的参数之一,且具有较强的区域性特点。本文收集了昆明盆地区域内68个场地的137组粉质粘土的动三轴试验数据,进行了统计分析,并通过土层地震反应分析计算,与袁晓铭的推荐值和《工程场地地震安全性评价工作规范(DB001-94)》中给出的规范值做了对比,结果表明:采用本文统计的土动力参数,所得的地震动参数具有一定的代表性和适用性。在昆明盆地区域,本文的统计值在Ⅱ、Ⅲ类工程场地地震安全性评价工作中具有一定的借鉴和参考作用。     

粉质粘土台基处理方式对地震台背景噪声影响分析

计算不同频段范围内背景噪声记录的加速度功率谱密度,在不同台基处理方式下,研究粉质粘土层流动地震观测台站的噪声特征,分析噪声抑制效果,发现:在0.1—3 Hz频段,增加台基深度、钢钎固定铁板等方式对噪声影响较小;在3—49.8 Hz高频段,2.5 m深混凝土台基、1.5 m深钢钎固定铁板台基等较0.5 m深混凝土台基噪声降低约2—4 d B,1.5 m深钢钎固定铁板台基噪声水平较优;春季白天噪声水平较冬季高5—14 d B,春季夜间噪声水平低于冬季。     

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。     

固结时间对软土动力特性影响的试验研究

固结试验是研究软土动力特性的重要环节,固结时间是影响软土动力特征参数的重要因素。围绕岩土工程及科研工作中对动三轴试验中固结时间影响规律的认识较为模糊的问题,拟对天津滨海软土开展动三轴平行试验,分别采用8h、12h、24h、48h进行固结,针对软土的最大动剪切模量Gmax、最大阻尼比λmax及动剪切模量比Gd/Gmax和阻尼比λ随动剪切应变γd的变化规律,分析固结时间对软土动力特性参数的影响。试验结果表明：Gmax、λmax、Gd/Gmax-γd曲线、λ-γd曲线受固结时间的影响较为显著。Gd/Gmax-γd曲线随着固结时间的增加而减小。阻尼比试验结果表明动剪切应变存在明显的分界点,分界点以下,中长期固结时间所得阻尼比较大,而分界点以上,短期固结时间所得阻尼比较大。     

固结比对土最大动剪切模量的影响

采用共振柱试验方法,研究了固结比对土最大动剪切模量的影响并给出了土最大动剪切模量的建议公式。通过对砂土、粉质黏土和粉土的系统试验,提出了不同固结比下土最大动剪切模量与固结比kc-1呈指数形式的增长模式,不同于Hard in公式最大动剪切模量与固结比kc呈直线形式的增长模式。同时给出了计算不同固结比下砂土、粉质黏土和粉土最大动剪切模量的建议公式,并与Hard in公式进行了对比,结果表明,固结比对土最大动剪切模量影响程度明显比Hard in公式要大,固结比对粉质黏土和粉土最大动剪切模量的影响程度要比对砂土的影响程度更大。     

含水量和含盐量对粉质黏土热导率影响的试验研究

土壤传热性能作为地热资源开发的基础研究课题,近年来已经成为能源、工程、地球科学和地质学等领域的研究热点.然而有关盐渍黄土的热导率研究却很少被发表.针对关中地区地热资源开发的迫切需要,本研究借助瞬态平面热源法对黄土的热导率做了测量,得到了不同含水量(8％,10％,12％,14％,16％,18％)和不同含盐量(0％,2％,4％,6％)的黄土热导率数据.结合导热路径理论,双电层理论和"絮凝"现象对含水量和含盐量影响下的黄土热导率进行了讨论.获得了如下结论:(1)含水量的变化会引起黄土内部热量传导路径的变化,同时引起"液桥"现象对热量传递产生影响;(2) NaCl盐分对热导率的影响主要体现在对黄土颗粒周围双电层的改变,同时引起的"絮凝"作用会对导热路径产生不利影响进而降低黄土热导率;(3)总的来说,固-固传导,固-液传导和液-液传导作为三种典型的热量传导路径与黄土的含水量和舍盐量密切相关.     

单轴分级循环加载时冻结粉质黏土的动力特性试验研究

为研究冻结黏土的动力特性,在不同温度(-0.6℃,-1.0℃,-1.5℃)和不同频率(0.5 Hz,1.0 Hz,1.5 Hz,2.0 Hz,3.0 Hz)时开展单轴分级加载试验。结果表明,随动应变幅的增加,温度和加载频率对土的动刚度、阻尼特性和残余应变特性的影响越来越显著;骨干曲线均呈线性变化特征,相同动应变幅时动刚度随温度的降低和频率的增加而增大;阻尼比随动应变幅的增加先增加再逐渐减小,加载末期呈略微增加趋势;相同动应变幅值时阻尼比随温度的降低和频率的增加而减小;同一级荷载下残余应变随循环次数呈线性不断增加,加载级数越高,残余应变增长越快;不同温度和频率时dε_(pd)/dt随动应变幅的增加而增大,相同动应变幅时dε_(pd)/dt随温度的升高和频率的降低而增大。     

固结时间对软粘土动剪切模量的影响

随着固结时间的增加,试样逐渐变硬的硬化效应使软粘土的动剪切模量增大;同时,随着固结时间的增加,试样高度和直径明显减小的尺寸效应,也使软粘土的动剪切模量受到显著的影响。通过软粘土自振柱试验,分析了固结时间对软粘土的最大动剪切模量、动剪切模量比和试样尺寸的影响;根据自振柱试验的基本原理,分析了试样尺寸的变化对软粘土动剪切模量的影响;结合试验得到的固结时间和试样尺寸的关系,分析了固结时间通过试样尺寸对软粘土动剪切模量的影响。     

分级加载时超固结粘土的一维非线性固结分析

采用土层孔隙比与固结压力和渗透系数之间的非线性经验模型,考虑天然饱和粘土的应力历史影响以及施工荷载分级加载的情况,建立了超固结饱和粘土的一维非线性固结控制方程,采用有限差分法离散求解了该方程,并编制了相应的计算程序;最后对考虑与不考虑超固结特性的饱和粘土一维非线性固结和线性固结的结果进行了比较分析。     

青藏铁路重塑冻结粉质黏土动剪切模量试验研究

通过低温动三轴试验,研究青藏铁路中重塑冻结粉质黏土的动剪切模量的变化规律及其主要因素。研究表明,冻土的最大动剪切模量随负温降低而显著增大,动剪切模量比随轴向荷载单级振次增加而有所增大,随负温降低而降低,随围压增加趋于一致。负温是冻土动力性能的一个极其重要的影响因素,因而寒区工程应引起足够的重视。研究结果对于合理认识冻土动力性能具有一定意义,也为进一步开展多年冻土场地工程地震安全性评价积累部分基础资料。     

豫东平原粉质黏土动剪切模量与阻尼比试验研究

粉质黏土动剪切模量和阻尼比是建筑场地动力稳定性评价的重要动力参数。为分析豫东平原粉质黏土的动力特性,利用双向振动三轴仪试验系统,对取自豫东平原地区的粉质黏土进行动三轴试验,研究粉质黏土状态及固结压力对动剪切模量和阻尼比的影响。研究发现:可塑粉质黏土(PSC)与软塑粉质黏土(SSC)的动力特性存在相近的变化趋势,动剪切模量比随剪应变的增大而减小,阻尼比随剪应变的增大而增大;在同一应变水平下,SSC的动剪切模量比随固结压力的增大而增大、PSC的阻尼比随固结压力的增大而增大;在相同试验条件下,PSC的最大动剪切模量大于SSC的最大动剪切模量;在剪应变小于0.01%时两者动剪切模量快速衰减,剪应变达到0.03%时两者动剪切模量趋于一致。根据现有的粉质黏土动剪切模量与阻尼比研究成果,结合试验数据,提出粉质黏土动剪切模量比、阻尼比随剪应变变化的数学模型,为豫东平原粉质黏土场地工程建设中的动力稳定性评价提供依据。     

关于软弱粉质粘土地震液化或震陷的判别标准

文中简要介绍了判别细粒土地震液化分析方法的发展历程,指出了工程建设中考虑细粒土地震液化问题的必要性。基于已有研究成果,阐述了可用于工程设计的软弱粉质粘土地震液化简化判别方法,并对建筑抗震设计新规范中增加的相关条款进行了说明解释。     

饱和尾矿粉土动力特性试验研究

通过动三轴试验研究某尾矿粉土的动强度特性与孔压特性,试验在围压100、200和300kPa与固结比1.0和2.0条件下进行。结果表明:(1)在循环荷载作用下,等压固结时饱和尾矿粉土全部液化;偏压固结时饱和尾矿粉土未发生液化;(2)各向等压固结时,选取双幅动应变达到5%作为破坏标准;偏压固结时,选取总应变达到5%作为破坏标准;(3)围压越大,τd/σ′0-Nf曲线越高,动剪应力比τd/σ′0与破坏振次Nf在对数坐标图上表现出良好的线性关系,可以采用对数函数来拟合τd/σ′0-Nf关系曲线;(4)固结应力条件相同时,动应力σd变化对尾中砂的孔压增长ud/σ0-N/Nf关系曲线基本上没有影响;固结应力比Kc一定时,固结围压σ3越大,ud/σ′0-N/Nf关系曲线越高;(5)尾矿粉土孔压发展模式在等压固结和偏压固结时不同,固结比Kc=1.0时,可采用幂函数表达式来描述尾粉土孔压发展;固结比Kc=2.0时,可用对数函数来模拟其发展。     

黏粒含量对粉土液化后特性影响的试验研究

设计了分析粉土液化后单调荷载下剪切强度的三轴试验。对粉土施加动荷载使其发生液化后,在不排水条件下施加单调静荷载,直至土体达到强度稳定停止试验。试验结果表明,不同初始有效固结压力、初始孔隙比对液化后土体不排水剪切强度影响较大;液化后粉土表现出明显的剪胀特性,颗粒结构重组,孔压在不排水条件下逐渐消散,土体强度则逐渐增加并最终趋于某一稳定值;剪切强度与初始有效固结压力呈线性关系;孔隙比越小,其液化后剪切强度越大。