上海典型黏土小应变特性的试验研究

在小应变水平下土体的刚度特性明显不同于常规试验得到的土体刚度,正确评价土体的小应变特性对于基坑、隧道等地下工程的变形分析具有重要作用。采用装有霍尔效应局部应变传感器的三轴试验和配有弯曲元的共振柱试验,研究上海典型天然黏性土的小应变特性。研究表明,随着土体深度的增加,土体剪切模量增大;第(2)~(5)层的小应变刚度衰减规律基本一致,第(6)层土因其明显的超固结特性,其刚度衰减速率明显大于其他土层;共振柱试验给出了各层土样的初始剪切模量以及归一化剪切模量比与剪应变的关系;三轴和共振柱试验均揭示了上海典型黏性土的剪切模量在小应变范围内随剪应变增加呈非线性衰减的规律。     

干湿路径影响粉土小应变剪切模量的试验研究

天然土尤其是地表浅层土常处于非饱和状态,其小应变剪切模量是预测地基变形及土工结构物动力反应的一个重要参数。通过对非饱和压实粉土三轴样进行弯曲元试验,研究了吸力和干湿路径对其小应变剪切模量的影响。试验结果表明,非饱和压实粉土样的小应变剪切模量各向异性忽略不计;小应变剪切模量G0(vh)、G0(hh)和G0(hv)均随吸力增大而非线性增大;同一吸力下不同干湿路径上的土样,饱和度不同,其小应变剪切模量随饱和度升高而减小,主要原因是土的平均骨架应力和土中毛细水的作用。根据试验结果对非饱和土小应变剪切模量的半经验公式进行了改进,同时考虑了吸力与饱和度的作用。     

粉质黏土重塑试样在小应变条件下变形特征的试验

采用具有高精密局部位移传感器的三轴测试系统，对粉质黏土重塑试样在小应变条件下应力应变关系和剪切模量的变化规律及其影响因素进行了试验，结果表明：即使在极小应变条件下（0.0008％≤｜εs｜≤0．0021％），应力应变关系也一直保持高度非线性；在小应变条件下粉质黏土具有很高的剪切模量，且在一个很小的应变范围内迅速衰减，最后趋于一定值；剪切模量与应力状态、应力历史以及当前的加卸载方向有关，当应力方向与历史应力方向一致时，其衰减速率较快。     

小应变条件下应力路径旋转对剪切模量影响

以重塑土经 固结形成的试样以及经 固结后通过特殊应力路径达到特定应力状态的试样为对象,研究了在小应变范围内应力路径旋转对土体剪切模量的影响以及剪切模量随应变变化的趋势。研究表明,在小应变范围内：（1）剪切模量的初始值随试验应力路径与近期应力历史间的夹角 增大而增大,当两者完全相反时,应力路径旋转对土体在小应变条件下的剪切模量影响最大;完全一致时,其影响最弱。（2）割线剪切模量总是大于切线剪切模量;剪切模量随着剪切应变的增加而衰减,且衰减规律保持一致,但应力路径、应变范围不同时其衰减幅度不同。在小应变条件下,土体表现出各向异性,但随剪切应变的增加而逐渐减小,最终表示为近似各向同性;同时由应力路径旋转对模量的影响也随着剪切应变的增加而逐渐衰减。     

上海软土动剪切模量衰减规律的试验研究

为了获得上海软土在循环动力荷载作用下的动力特性,特别是动剪切模量的衰减规律,采用原状第④层上海软土进行等向固结不排水动三轴试验,分析了加载频率和动应力比 对动剪切模量的影响。试验结果表明,对于上海第④层软土,动应力比达到0.2时,土样才发生破坏;土样的剪切模量-累积轴应变曲线不受加载频率和动应力比的影响;剪切模量的衰减下降主要发生在轴应变0～1%区间。最后提出了一个描述剪切模量衰减规律的数学模型。     

福州地区典型土动剪切模量与阻尼比的试验研究

通过对福州地区淤泥、淤泥质土、粉质黏土、粉质黏土与粉砂互层土、粉砂、残积土等6类典型土的共振柱试验,详细探讨了围压大小、土的性质对这6类典型土的动剪切模量G及阻尼比? 的影响。通过试验和理论分析,给出了福州地区6类典型土在不同围压下的G/Gmax和? /?max随? 变化的平均曲线及其参数的推荐值,并定量地给出围压对这6类典型土G/Gmax和? /?max随? 变化的平均曲线的参数的影响规律,对实际工程具有一定的借鉴作用。     

干砂小应变动力学参数的弯曲元试验

弯曲元是测试土体小应变动力学参数的常用手段,然而在使用弯曲元测试时,波形、频率、峰值和试样的尺寸对波在土体中传播时间的确定会造成一定的影响。目前大多从输入波的频率方面来研究其对输出信号传播时间确定的影响,但对输入波峰值、输入波形对输出信号的影响研究较少。基于此,采用弯曲元对干燥福建标准砂的小应变动力学参数进行了研究,分析了输入频率、输入波峰值、输入波形对输出信号的影响,以及土体相对密度和有效围压对侧线模量、剪切模量和泊松比的影响。结果表明：输入频率对S波(剪切波)的传播时间有明显影响,对P波(压缩波)基本没有影响;输入波峰值的大小对判别S波或P波的传播时间没有影响;输入波形对S波或P波的传播时间有显著的影响;土体的侧线模量、剪切模量和泊松比均随有效围压和孔隙比的增大呈指数形式变化。根据Hardin提出的小应变模量预测模型,拟合出了考虑有效围压和孔隙比耦合作用下的三维模型公式,可为实际工程中对侧线模量、剪切模量和泊松比的估算提供一定参考。     

南京新近沉积土动剪切模量比与阻尼比的试验研究

为了确定珊瑚砂的动剪切模量和阻尼比等分析岛礁场地稳定性的主要动力学参数,本文针对我国南海西沙群岛某岛礁珊瑚砂,利用共振柱-弯曲元系统,研究了围压、相对密实度及饱和度对该珊瑚砂动剪切模量和阻尼比的影响规律。研究发现：(1)在饱和状态下,该珊瑚砂样的最大动剪切模量(G₀)与围压及相对密实度整体呈现正相关关系,并且随着围压的增高G₀对相对密实度的敏感性逐渐降低;(2)在非饱和情况下,该珊瑚砂样的动剪切模量比的整体范围略高于饱和状态下的动剪切模量比,而其阻尼比略低于饱和状态下的阻尼比;(3)该珊瑚砂样出现最小阻尼比和最大G₀的饱和度约为10%;(4)在同样的围压下,珊瑚砂的特殊结构导致建立在硅质砂相对密实度和孔隙比的G₀经验预测公式在预测珊瑚砂G₀时分别出现了偏高和偏低的情况,本文根据珊瑚砂G₀随围压的变化规律,对珊瑚砂G₀经验预测公式进行了修正。研究成果可为南海西沙岛礁珊瑚砂场地稳定性分析中动力学参数取值提供参考。     

环境湿度可控的土体小应变刚度试验系统

为研究脱湿过程中饱和度改变对土体小应变刚度的影响规律,自主研制了一套非饱和土小应变刚度试验装置。该装置由3部分构成：相对湿度控制系统、变形测试系统和波速测试系统。相对湿度控制系统可分级提供环境室内相对湿度,通过称重模块记录土样质量变化;变形测试系统利用图像采集结合数字图像处理技术获得土样体变;波速测试系统采用压电陶瓷元件制作的波速传感器,可同时测试土样脱湿过程中压缩波及剪切波波速。试验结果表明：该装置能够分级稳定控制相对湿度环境、间接测量土样体积变化及实时测试弹性波波速,进而研究波速表征的小应变刚度随饱和度的变化规律;土样剪切波速及小应变剪切模量随饱和度的降低逐渐增加,压缩波速及小应变体积模量随饱和度的降低先减小后增加。该装置结构简单,便于操作,为研究非饱和土小应变刚度特性提供了科学有效的测试方法与试验手段。     

南沙珊瑚砂的动剪切模量和阻尼比特性试验研究

珊瑚砂的物理力学性质与陆相沉积物有显著的差异。对南沙岛礁饱和珊瑚砂进行了不排水应变控制分级循环加载动三轴试验,研究了有效围压 和相对密实度Dr对饱和珊瑚砂动剪切模量和阻尼比特性的影响。通过与陆源砂砾土试验结果的对比发现：珊瑚砂与陆源砂砾土在最大动剪切模量Gmax、动剪切模量比G/Gmax曲线及其上下界、参考剪应变 、阻尼比? 曲线及其上下界等均存在显著的差异;珊瑚砂的Gmax比陆源砂的大,采用陆源砂Gmax的经验模型,珊瑚砂的Gmax将被低估约30%;珊瑚砂的非线性稍弱于陆源砂砾土,陆源砂砾土G/Gmax和? 的经验公式不适用于珊瑚砂。给出了珊瑚砂G/Gmax和? 的经验公式及相关参数。     

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。     

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。     

Field measurements of shear strength of an underconsolidated marine clay

This paper presents the observations of cone penetration testing (CPT), in situ vane shear testing and undrained triaxial testing of underconsolidated marine clay in the Craney Island Dredged Material Management Area (CIDMMA), Norfolk, VA. Comparison of vane shear measurements, taken during 1981–1983, to CPT measurements, taken during 1993, indicates a change in undrained shear strength. Both the vane shear and cone penetration resistances are lowest at the mid-heights of the clay layers and the excess pore water pressures are highest at the mid-height of the clay layers, indicating that the clay layer is underconsolidated.     

基于SCPTU的软土最大剪切模量测试分析研究

最大剪切模量是土的基本力学特性参数,对土动力特性分析和岩土工程抗震设计有着重要的意义。目前最大剪切模量的确定主要依赖于室内试验,土样的采取和室内试验既耗时又不能保证精度。以江苏北部里下河古泻湖相软土地区高速公路建设为工程背景,采用地震波孔压静力触探（SCPTU）和下孔法（DHT）进行了土层剪切波速的测试,基于SCPTU和DHT剪切波速测试资料建立了最大剪切模量Gmax与SCPTU测试参数之间的相关关系。结果表明：采用SCPTU测试的锥尖阻力和孔压参数能够用于对软土的最大剪切模量的初步评价。     

上海粘性土剪切带倾角的试验研究

采用可量测局部侧向应变的平面应变仪，对上海地区第（2）层褐黄色粉质粘土和第（6）层暗绿色粉质粘土的原状土样，进行固结不排水平面应变压缩试验，观察土样的局部化变形过程，量测剪切带倾角，研究剪切带倾角随固结压力的变化情况，计算剪切带倾角的传统土力学理论解并与实测值进行比较，根据剪切带内局部剪胀角的近似估算，初步研究剪切带内的变形机理，认为剪切带的形成与孔隙水的运动密切相关。     

侧装式弯曲元测量软黏土剪切波速的试验研究

判断剪切波到达时间并计算相应的剪切波速是弯曲元试验的关键问题之一。受到试验仪器差异和研究者波速判断主观性的影响,很难客观地、准确地获得土体的剪切波速。针对该问题,提出采用侧装式弯曲元测试系统测量剪切波传播时间和土体的剪切波速,利用上海典型的淤泥质黏土进行试验,分别采用初达波法、特征值法和互相关法计算土体的剪切波速。试验结果表明,（1）初达波法在信号判定过程主观性较大,土体剪切波速受发射信号频率的影响明显;（2）采用第二峰值点（特征点法）得到的试验结果波动性较小;（3）在满足相似性的前提下,互相关法在一定频率范围内（20～30 kHz）提高了确定剪切波速的客观性,降低了因试验者或激发频率的不同对试验结果产生较大影响的可能性。     

Directional properties of small strain shear stiffness in soils

A compiled database of shear wave velocity measurements in a variety of clays, silts and sands shows directional hierarchies between downhole (V_sVH), standard crosshole (V_sHV), and rotary crosshole (V_sHH) tests. The special in situ database has been collected from 33 well-documented geotechnical test sites. Expressions relating the small-strain shear modulus in terms of effective confining stress level, stress history and void ratio are explored for each of these three modes of directional shear wave velocity. The relationships are separated initially into soil groups (intact clays, fissured clays, sands and silts), and then generalised to consider all soil types together.