大连临空产业园填海造地工程砂土残余变形试验研究

采用中国地震局工程力学研究所研制的DSZ-Ⅰ型电磁振动三轴仪对大连临空产业园工程场地的土样（浅层砂和深层砂）进行动力特性试验，研究两种砂土在复杂应力状态下的动力残余变形特性。试验结果表明：残余体应变和残余剪应变都随着动应力比和围压的提高而增大，动应力比和围压的影响对残余体应变和残余剪应变的影响规律是一样的；残余体应变随着固结比的提高而减小，而残余剪应变随着固结比的提高而增大,残余体应变的固结比对于试验结果与拟合结果的影响较大，而残余剪应变固结比对于试验结果与拟合结果的影响较小；残余体应变和残余剪应变的Cvr与动应变幅值较好满足线性关系，离散性非常小，而Cdr/S21与动应变幅值关系的离散性则比较大。并给出了地基震陷分析所需的沈珠江模型参数。研究成果可为大连临空产业园填海造地工程抗震设计和地基震陷变形分析提供依据，也可作为其它类似填海造地工程的设计参考。     

软土残余应变势简化计算公式及参数分析

利用以往试验结果,提出一套修正的软土残余应变势简化计算公式。依据剪切波速与各震陷参数的关系曲线,对以往软土残余应变势计算参数不合理部分进行了修正,并用唐山大地震中塘沽地区实际震陷资料进行了检验,在此基础上研究了土性和动力参数对残余应变势变化影响规律。结果表明:依据修正参数得到的残余应变势值符合客观规律;地基承载力是残余变形最重要的控制指标,土的地基承载力较高时,即使埋深较浅且受到较强和较多次数的动应力,其残余变形也很小;土残余应变势与动应力幅值、动应力作用次数分别呈非线性递增关系和线性递增关系。本文结果可为深入认识软土残余应变势的发生发展规律提供基础,另一方面也为今后软土地区结构震陷计算分析提供了可靠工具。     

动荷载作用下粉煤灰改性黄土的震陷特性

针对黄土地区实现工程施工材料本土化和科学利用粉煤灰问题,对不同配比条件下粉煤灰改性黄土进行重塑非饱和试件的动三轴震陷试验,研究其在动荷载作用下的震陷特性,分析粉煤灰掺入量对动变形模量和动残余应变的影响变化规律。研究结果表明:粉煤灰掺入量对黄土震陷性质的影响较大。相同固结应力水平下,动变形模量和动残余应变随粉煤灰掺入量呈现出不同的变化规律,随着粉煤灰掺入量的增加,黄土动变形模量也随之增大,残余应变则减小。动变形模量与动残余应变之间的变化趋势满足幂函数关系;黄土掺加约20%粉煤灰改性后就能够有良好的抗震陷性能。研究成果可为黄土地区地基的抗震防震设计提供借鉴依据,具有重要的工程实用价值。     

循环荷载作用下广西红黏土动力特性试验研究

针对广西上林县原状红黏土开展一系列循环加载动三轴试验,分析天然含水率、围压与固结应力比等对红黏土动力特性,包话动应力-动应变关系、动弹性模量以及阻尼比等的影响来研究循环荷载作用下红黏土的动力特性。试验结果表明:广西原状红黏土动应力-动应变关系曲线接近双曲线;由于初始剪应力的影响,达到相同的动应变,在均压固结下所需的动应力比在偏压固结下所需动应力要小;动弹性模量随着动应变的增加而减小,且减小幅度随应变增加逐渐减小,初始应力状态对动弹性模量的影响最为显著;固结应力比、围压、含水率和振动次数等对阻尼比均有影响,综合反映在阻尼比随动应变增加而减小,阻尼比离散性较大,取值范围在0.05~0.20之间。利用Konder双曲线模型对试验数据进行拟合,得到相关参数,可为广西地区原状红黏土动力特性设计和数值计算提供一定的理论和参数支持。     

强震作用下不同处理方式黄土地基抗震陷性能评价

由于黄土高原区抗震设防标准长期偏低,无法承受强震带来的严重灾害链后果,因此为了提高地基及公路路基的抗强震能力,以强震动荷载为试验输入条件,以强夯、粉煤灰、水泥土等三种地基改性处理试样为研究对象,对其进行室内动三轴试验,寻找针对震陷性黄土工程场地更加经济、科学的抗震陷地基处理方法,研究不同地基改性处理方法在强震动荷载下的残余应变特性,得到强震作用与残余应变的定量关系,并从变形特征和动载振次两个角度对比三类方法的适用性。在此基础上,估算场地不同地基处理方式下的震陷量,给出强震荷载下不同工程场地有效的抗震陷处理方法与评价办法,为黄土场地抗震设计和地基处理提供参考依据。     

长沙地区典型砂卵石土动力参数计算模型研究

为研究长沙地区典型砂卵石土动力参数计算模型,基于大型动三轴试验,研究了围压、固结应力比及振动频率对砂卵石土动应力—动应变关系的影响,结合动参数模型及试验数据拟合出砂卵石土动弹性模量及阻尼比的经验公式,研究结果表明:围压对砂卵石土动本构关系影响显著;固结应力比大于1.0时,初始剪应力存在对砂卵石土的动强度增加不利;振动频率试验数据表现出良好的归一性,对砂卵石土动本构关系影响小;砂卵石土动力参数经验公式具有良好的可靠性。     

南京细砂动剪切模量和阻尼比的试验研究

动剪切模量和阻尼比是重大工程开展场地地震反应分析必不可少的参数。完成了南京细砂的自振柱和动三轴试验,研究了固结围压、孔隙比、含水量和荷载频率对动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明:固结围压和孔隙比对最大动剪切模量的影响显著,建立了最大剪切模量与固结围压、孔隙比之间的经验关系,最大剪切模量随细砂中含水量的增加而减小并趋于稳定;固结围压对动剪切模量比具有一定影响,其他3个因素对动剪切模量比和阻尼比的影响不明显;排水条件下泊松比随剪应变幅值的增大而增大,剪应变幅值在1.0×10-4~1.0×10-3范围时,泊松比增大的趋势更加明显;采用自振柱和动三轴试验测试得到的动剪切模量比和阻尼比基本一致。     

下坂地水利枢纽工程坝基砂层透镜体的动力特性试验研究

在不同固结状态(σ3 c和kc)下对下坂地水利枢纽工程坝基砂层透镜体的砂土进行了动三轴试验。结果表明:不能用Hard in公式确定偏压固结时的起始动剪切模量G0,G0和τy(最大动应力)均与σ3 c.kc之间有良好的幂函数关系,且对不同固结状态可以归一;动强度dτ/σm′受固结围压σ3 c的影响很小,但随固结比kc的增大而增大;动孔压比ud/σ′m与振次比N/Nf关系曲线为下凹型,不符合Seed提出的孔压模型,可用指数关系来拟合。动应力σd值变化对ud/σm′-N/Nf和ud/σm′-εdr关系影响很小,固结比kc变化对它们有显著的影响;界限残余应变εdr,t受kc的影响较小,但它随σ3 c的增大而增大,当εdr大于εdr,t时呈先快速增长后趋于平缓的变化。     

基于三轴试验的软土震陷简化计算方法研究

本文通过对天津滨海新区典型软土的静、动力学试验,分析了软土残余应变的变化规律,提出了结合地区震陷经验系数的软土震陷简化计算方法,并利用1976年唐山7.8级地震中天津塘沽地区软土震陷观测资料对计算方法进行了验证。结果表明,本方法用于估算自由地表震陷量是可行的,对中小工程中软土震陷量的估算具有一定的参考价值。     

循环荷载下堆积体残余变形特性

通过大型动三轴试验研究堆积体在不同应力水平、不同循环荷载幅值下残余应变与振次的关系,同时进行不同初始条件下残余应变的对比。试验发现堆积体在循环荷载下的残余应变与lg(1+N)有较好的线性关系(N≤30),沈珠江经验公式适用于堆积体在循环荷载下累积残余应变的计算。初始条件对堆积体的残余应变有重要影响,饱和不排水条件下残余剪应变最大,饱和排水条件次之,风干排气条件最小。应用沈珠江残余应变公式进行堆积体循环荷载下残余变形计算时应选取与工程实际条件相匹配的参数。     

西昌昔格达组黏土岩动力特性试验研究

在大量动三轴试验的基础上,研究了不同固结条件(σ3c=100,200,400 kPa,kc=1.0,1.5,2.0)下西昌昔格达组黏土岩的动应力-动应变关系、动弹性模量、阻尼比及动强度特性。研究结果表明:西昌昔格达组黏土岩在一定条件下的动应力-动应变关系符合幂函数模型。动应力随着固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大。在相同围压下,达到相同动应变时,偏压固结状态比均压状态所需要的动应力大。当其他条件相同时,动弹性模量随固结压力或固结主压力比增大而增大,随着动应变的增加而减小并趋于稳定。最大动弹性模量Ed0与σ3c/Pa、kc均有良好的幂函数关系,且对不同固结应力状态条件可以归一。阻尼比随动应变增大而增大,但增大幅度随动应变增大而迅速减小,阻尼比随围压或固结主压力比增大而减小,但它们对阻尼比影响较小。不同固结应力状态下(λ/λmax)与(1-Ed/Ed0)有良好的幂函数关系。西昌昔格达组饱和黏土岩动剪应力τd随固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大,随振动次数增加而减小。τd/σm均随固结围压σ3c增大而减小,随固结压力比kc增大而增大。动剪应力τd与平均压力σm、固结主压力比kc有较好的线性关系。     

黄土动力特性参数的相关性分析

阐述了黄土的动强度与液化、震陷性与动变形、动应力与动应变关系等基本动力学特性及其影响因素。基于黄土地区部分黄土动力学性质的试验结果,运用最小二乘法原理进行了相关性分析,揭示了黄土的动力学参数指标(骨干曲线初始切线模量,骨干曲线渐进线截距,最大动阻尼比)和湿陷性指标(湿陷系数)与黄土的物性指标(塑性指数、孔隙比、含水量)和固结围压之间的相关关系,建立了黄土动力学参数与物理力学指标之间线性关系的系数,为黄土工程的动力反应与稳定性分析提供了研究基础。     

贵阳地区红黏土动力参数计算模型研究

利用室内SDT-20动三轴试验机对贵阳原状红黏土进行循环荷载作用下动力特性试验,探究不同围压、固结应力比和振动频率对红黏土动力学参数的影响,结合实验数据及参数模型拟合贵阳红黏土动应力应变关系、动弹性模量及阻尼比经验公式,结果表明：贵阳红黏土动本构关系仍符合H-D双曲线增长模型,动弹性模量随动应变增长非线性衰减,阻尼比随动应变增长非线性增加。围压及固结应力比对红黏土动力学参数具有显著影响,围压及固结应力比增大,动变形减小,动弹性模量增加,阻尼比降低,同等条件下,提高振动频率,动力学参数显示出与围压及固结应力比相同规律,但不显著。基于H-D模型,给出了贵阳原状红黏土双曲线模型参数,通过多元回归分析,拟合并提出针对贵阳红黏土的在不同试验条件下动弹性模量衰减及阻尼比经验公式,给出相应的拟合参数。     

间歇固结排水条件下上海原状饱和软黏土的动力特性试验

针对高铁列车荷载引起的地基长期沉降,既有动三轴试验研究往往忽略高铁运营期间存在间歇期、加载方式实际为分阶段加载的情况。基于此,本文通过一系列循环三轴试验研究间歇阶段固结排水条件下上海饱和软黏土在动应力影响下的动力特性,并探讨不同动应力和不同加载方式对土体轴向累积塑性应变的影响。研究结果表明：在不同动应力影响下,间歇期固结排水产生的轴向累积塑性应变增量随间歇阶段的后移始终呈非线性减小的发展趋势;当振次相同并且动应力幅值为10 kPa时,分阶段加载产生的累积塑性应变大约是连续加载的3倍;当振次相同并且动应力幅值为30 kPa时,连续加载产生的超孔压大约是分阶段加载产生的超孔压的5倍。分阶段加载使高铁地基产生更大的沉降,对高铁运营的安全性提出更高的要求。     

液化土层上建筑物不均匀震陷的数值研究

饱和砂土地基在地震作用下液化引起的建筑物的不均匀沉降是地震破坏的典型特征之一,会导致建筑物倾斜和失效。建立模拟液化引起不均匀震陷的数值方法对结构抗震设计和工程减灾尤为重要。基于对不均匀震陷机制的认识,对可液化地基上某建筑物模型在输入地震波作用下的震陷情况进行了数值模拟试验,分析了不均匀震陷发展过程中地震动输入、基底动应力、孔隙水压力、地基压缩模量和结构沉降之间的关系,并提出一套数值计算液化引起地基不均匀震陷的方法。结果显示:(1)使用的孔压模型能够模拟孔压在不规则荷载作用下的上升,且能够反应固结比对孔压的影响,以及记录结构地基土体真实的孔压发展过程;(2)计算方法使用的压缩模量模型能够反应由孔压变化引起的时程变化;(3)计算方法能够跟踪记录土层变形随孔压上升的时程变化。     

龙首二级面板堆石坝地震永久变形分析

针对龙首二级(西流水)面板堆石坝工程，根据面板坝土石料的大型动三轴试验结果，确定了坝料的残余应变模式，特别是残余体应变模式。在所建立的面板坝三维非线性动力反应有限元法基础上，建立了一套同时计人残余体应变和残余剪应变的面板堆石坝地震永久变形计算方法，对龙首二级面板坝工程进行了地震永久变形的计算，分析了坝体地震永久变形的量值和分布情况，为大坝的抗震设计提供了有力的技术依据。     

超深厚覆盖层中深埋细粒土地震残余变形特性振动三轴试验研究

土石坝(超)深厚覆盖层地基中的深埋细粒土抗地震残余变形能力较差,尤其是在土层厚度较大时,覆盖层地基连同坝体在强震作用下可能会产生较大的地震沉陷。针对我国西部某大型土石坝工程,对超深厚覆盖层地基中深埋粉砂层土的地震残余变形特性进行三轴试验研究。研究表明:试验土料级配曲线与相应土层各钻孔平均级配曲线很接近,试验土料的颗粒级配对实际土层的颗粒组成特性具有代表性;试验土料的地震残余变形特性主要受土体密度、固结条件和围压力条件等控制,尤其是固结比对土体地震残余变形特性影响较大;各因素对土体残余体积变形特性和轴向变形特性的影响规律有所差异。     

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。     

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。     

固原重塑黄土动力特性共振柱试验研究

利用GCTS共振柱测试仪研究了干密度和固结压力对固原黄土重塑土动剪切模量和阻尼比的影响及试验数据误差的基本规律。通过设计不同工况的试验条件,对比分析结果表明:相同含水率条件下,最大动剪切模量G_(dmax)随固结压力和干密度的增大而增大。相同干密度条件下,黄土的动剪切模量比随围压的增大而增大;阻尼比随围压的增大而减小;相同围压条件下,黄土动剪切模量比随干密度的增大而增大,阻尼比随干密度的增大而减小;不同剪应变特征点的动剪切模量比和阻尼比试验数据呈现一定的离散性,且离散程度阻尼比明显高于动剪切模量比。研究成果可为该地区场地地震反应分析及工程建设提供基础资料。