循环荷载作用下红黏土累积变形研究

通过GDS动三轴设备对赣南红黏土进行了一系列排水条件下的大次数循环试验,研究不同循环应力比、固结应力比及围压对赣南红黏土累积变形特性的影响。结果表明：在不同固结应力比、固结压力和循环应力比条件下,红黏土的累积应变都呈现出先迅速累积,后增长变缓,最终稳定的趋势;在一定的循环次数之后,不同初始固结应力和不同初始应力比条件下累积应变与循环次数之间的变形规律呈现为线性关系,且初始固结应力和初始固结应力比越小,其线性相关性越好;不同循环应力比下赣南红黏土的平均累积应变速率与循环次数之间也呈现出明显的线性关系。此外,基于以上关系建立了赣南红黏土在长期循环荷载作用下的累积变形预测模型,并通过对比验证了该模型的可行性。     

冻融循环作用下黄土累积塑性应变演变规律

为探究黄土路基在冻融循环和交通荷载耦合作用下的累积塑性应变变化规律,选取西宁地区重塑黄土为研究对象,采用GDS双向动三轴测试系统对其进行一系列动三轴试验,研究不同冻融循环次数、围压、动应力幅值以及频率对累积塑性应变的影响规律,并通过引入拟合参数建立考虑多因素的累积塑性应变预测模型。结果表明：累积塑性应变随冻融循环次数的增大而增大,在6次冻融循环后增长速率减缓且趋于稳定;减小动应力幅值和增大围压能显著抑制累积塑性应变的发展;加载初期累积塑性应变随频率变化不明显,随着振次的增加,频率作用凸显,累积塑性应变随着频率的增大而减小;基于试样的累积塑性应变演变规律,分别采用幂指数模型和对数模型进行拟合,发现后者拟合效果好;综合考虑4种因素对累积塑性应变的影响,建立累积塑性应变预测模型,并对试验的实测值与预测值进行对比,验证模型的可行性。研究成果可为季冻区黄土路基永久变形的计算提供理论参考依据。     

应变控制下深层黏土动弹性模量与阻尼比试验研究

为研究天津滨海新区深层黏土动力特性,借助GDS动三轴仪器对应变控制条件下天津滨海新区深层黏土的动弹性模量及阻尼比的变化规律进行研究。每组试验中将相应深度土体上覆土层压力作为试验围压,其间只改变控制应变进行循环三轴试验。试验结果表明,土体动弹性模量、阻尼比受围压影响有一个限值,超过这个限值(约3倍参考围压),围压对土体动弹性模量、阻尼比影响很小,但土体动应变对其影响较大。     

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。     

重塑湖相软黏土动力特性试验研究

为研究重塑湿地湖泊相软黏土的动力特性,文中利用GZZ-50B型共振柱试验机来测得湖相软黏土的动剪切模量和阻尼比,并利用Davidenkov模型对湖相软黏土的动力特性参数进行拟合,得到了最大动剪切模量G_max、G/G_max-γ和λ-γ试验曲线及动力本构模型拟合参数。通过对比分析可知:含水率和围压对湖相软黏土的最大动剪切模量影响较大,含水率相同时,最大动剪切模量G_max随围压的增大而增大;围压相同时,G_max随含水率的增大而减小。重塑湖相软黏土动力特性曲线存在一个分界点,当动剪应变小于该分界点时,动剪切模量比呈线性缓慢的下降,而阻尼比则呈现线性缓慢的增长;当剪应变大于分界点后,动剪切模量比下降和阻尼比增长的速率开始大幅加快,并表现为非线性变化趋势。试验分析处理得到的动力本构模型曲线及拟合参数可以为实际工程建设提供参考。     

海相结构性软黏土地基的沉降特性研究

通过室内试验获得了海相结构性软黏土的初始屈服面;考虑不同埋深处地基土的初始结构屈服面之间的相似性规律,应用结构性本构模型,结合工程实测数据,对海相软黏土地基土体屈服与地基沉降之间的关系进行了研究。结果表明,结构性本构模型能够较好地模拟海相结构性软黏土地基的沉降变形;结构性土地基的土体屈服是由浅及深逐步发展的,虽然存在低荷载时沉降小、高荷载时沉降大且呈非线性增大的现象,但这是渐变的过程,沉降量—时间—填土高度曲线上不能确定显著的转折点,通过观察沉降曲线的转折点来确定临界填土高度的方法将难以实现。     

考虑土结构性损伤的小应变模型

结合叠合小应变模型和结构性土的损伤理论,提出了可以考虑土的结构性损伤对小应变下刚度的影响的小应变模型。该模型可作为其他常规土体本构模型的数据接口模型,从而使其他常规本构模型能充分反映土体的小应变特性。通过与实验资料比较分析表明模型可以有效模拟结构性土体的小应变特性。     

短肢剪力墙损伤累积力学模型

根据短肢剪力墙受力损伤及破坏的特点和规律,提出了墙端有限塑性域和墙端有限损伤域的概念.利用墙条纵向协调与横向组合和墙条在材料层次上的本构关系,建立了短肢剪力墙考虑地震损伤累积的单元力学模型.推导出了短肢剪力墙考虑损伤累积的墙元柔度矩阵,并根据该模型编制了基于柔度法弹塑性纤维单元的非线性有限元分析程序.通过算例分析得出了比较理想的结果,说明方法应用的可行性.     

岩石破裂强度的温度和应变率效应及其对岩石圈流变结构的影响

研究了温度和应变率对岩石破裂强度的影响,得到了岩石圈中一些典型岩石破裂强度的新的经验规律.新的经验规律除考虑围压和标本尺度的影响外,还考虑了温度和应变率的影响,并增加了新岩石的结果,所以更能反映岩石圈内岩石破裂的真实状态.通过对鄂尔多斯平均流变结构的计算和对比研究表明：传统的忽略脆性破裂的流变模型过高地估计了流变强度,流变机制的分布也不尽合理.而考虑了脆性破裂机制的流变模型的结果表明脆性区分为两部分,浅部以摩擦滑动机制控制,深部以脆性破裂机制控制.由于新的经验规律考虑的代表性岩石更全面,并考虑了应变率的影响,得到的脆性区的范围进一步增大,流变强度进一步降低.     

应力应变与温度响应关系的理论与实验研究

应力应变与温度响应规律是热辐射与应力应变之关系的基础,当前的研究初步揭示了热场对变形场的响应,显示岩石在常温条件下也有受热膨胀材料的特点,温度作为一种标量对变形有很灵敏的响应.然而并没有给出变形与温度响应之间的物理关系.本文根据热力学原理,弹性理论以及理想材料和岩石样本力学实验,对应力应变与温度响应之间的物理规律进行研究.结果表明,在介质弹性变形阶段,对于各向同性材料,应力应变与温度响应之间存在下列关系：1）温度响应与体应变变化成正比.静水压增加,体积变小,标本处于挤压状态,温度上升;静水压减小,体积增加,标本处于拉张状态,温度下降.2）纯剪变形不引起温度变化.样本的形状改变并不引起温度变化.另外,纯剪状态下,样本的局部存在相对拉张与挤压区,其温度会随着外载荷的变动出现一定变化,且相对拉张和挤压区的温度变化趋势刚好相反.     

原状软粘土各向异性及其对工程影响研究

利用空心圆柱扭剪仪(HCA),通过设置不同的应力路径对杭州原状软粘土进行了系列试验,研究了原状软粘土的应力-应变-强度各向异性。通过试验研究发现原状软粘土的强度、变形模量等特性都存在强烈的各向异性,且在应力水平较低时(q=5 kPa),主应力轴旋转条件下土体应力应变的特性主要体现了原生各向异性的影响,应力引起的次生各向异性对其影响很小。结合路堤填筑问题的分析发现,存在主应力轴显著旋转的实际工程问题,由于原状软粘土应力-应变-强度各向异性的存在,采用常规的不考虑主应力轴旋转(土体各向异性)影响的设计方法可能偏于不安全。     

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。     

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。     

不同应力水平下结构性黏土动力特性试验研究

对天津滨海地区典型结构性软黏土进行了压缩试验和不同固结应力下的循环三轴试验。结果表明:结构性软黏土的静力变形特性以先期固结应力和结构屈服应力为分界点可分为3个阶段;不同固结应力下的动应变-振次关系曲线上存在着一个临界动应力比,且该值随着围压的增大而降低;孔隙水压力的变化以结构屈服应力为转折点呈现出不同的变化规律;当振动频率为2Hz时固结应力的改变对轴向动应变的影响不明显。     

循环荷载对上海软土动力特性影响规律的试验研究

为研究上海第4层软土在循环荷载作用下的动力特性变化规律,采用原状土进行室内动三轴试验,分析不同动应力比和频率对上海第4层软土动强度的影响。试验结果表明:对于上海第4层软土,其剪切模量与应变关系曲线几乎不受动应力比和频率的影响;剪切模量的下降主要发生在应变0~1%阶段;由于应变速率效应的影响,高频率时试样破环所需的循环次数要大于低频率时;动应力比达到0.2时土样才发生破坏;在土的不同应变阶段,频率对应变增幅的影响效果不同。     

饱和黏土振动弱化性态的边界面模型分析

基于增量弹塑性边界面理论,构建一种可以描述振动应力作用下饱和黏土弱化的边界面应力应变关系。该关系利用具有严谨理论基础的旋转硬化法则描述振动应力作用过程中边界面大小与位置的变化,并将塑性累积偏应变长度作为反映振动应力历史对饱和黏土应力应变响应影响的状态参数,通过建立包含状态参数的塑性模量插值关系描述饱和黏土振动弱化应力应变响应,进一步按照正交流动法则形成增量应力应变关系。该关系包含9个参数,其中5个是剑桥模型参数,其余4个参数有相对明确的物理意义。利用所构建的边界面应力应变关系,对两种黏土的等压固结不排水静三轴试验和动三轴试验进行预测,并与试验结果进行比较,结果表明这一关系能够较好描述振动应力作用下饱和黏土刚度与强度弱化特性。