干砂弹性参数测定的弯曲-伸展元试验

利用安装在共振柱测试系统中的弯曲-伸展元,开展了干砂中P波（压缩波）和S波（剪切波）的室内试验,详细地分析了干砂中P波和S波的信号特征,研究了输入频率、土体密实度和有效围压对输出信号的影响。对比各种信号分析方法,并参考共振柱试验结果确定了S波的传播时间。根据实测波速和波动理论,确定了土体的弹性参数,包括剪切模量,侧限模量和泊松比。研究结果表明,P波和S波的输出信号频率在一定程度上随输入信号频率、土体密实度和有效围压的增加而增加,且P波信号比S波信号更容易确定波的传播时间;土体的弹性模量随土体密实度和有效围压的增加而增加,但剪切模量增长比侧限模量快;土体的泊松比并非一个常数,随着土体密实度和有效围压的增加而下降。初步探讨了利用剪切模量估算泊松比,以方便实际工程应用。     

橡胶砂弹性动力学参数的弯曲-伸缩元试验研究

橡胶砂作为一种廉价环保的土工材料,应用前景十分广阔,关于其力学特性的研究具有重要意义。采用弯曲–伸缩元法对橡胶砂进行了剪切波和压缩波联合测试,分别采用离散频率扫描法和初达波法确定了剪切波和压缩波的传播时间,进而得到其弹性动力学参数:初始剪切模量、侧限模量和泊松比,分析了橡胶含量和围压对橡胶砂弹性动力学参数的影响。结果表明:在同样围压下,随着橡胶含量的增加,橡胶砂初始剪切模量和侧限模量逐渐减小,初始泊松比逐渐增大;在同样橡胶含量下,随着围压的增大,橡胶砂初始剪切模量和侧限模量逐渐增大,初始泊松比逐渐减小。最后,在此基础上进行了两种因素耦合效应的分析以及相关力学机制的探讨。     

材料状态对干砂小应变特性的影响

利用注能虚拟质量(EIVM)共振柱系统进行了干砂小应变特性试验,研究了有效平均正应力、土样密度、剪应变幅值以及荷载往复次数对剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明,剪切模量随有效平均正应力与土样密度的增加而增加,而阻尼比的变化规律则与之相反,并且有效平均正应力对干砂小应变特性的影响程度比土样密度的影响程度大得多;随着剪应变的增加,剪切模量越来越小,而阻尼比越来越大;荷载往复次数对剪切模量基本没有影响,而对阻尼比有较大影响。     

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。     

上海典型黏土小应变剪切模量现场和室内试验研究

土体小应变剪切模量在基坑、隧道等地下工程的计算分析中有着重要作用,越来越受到人们的关注。虽然上海地区地下工程项目的建设规模不断扩大,但关于上海典型黏土层的小应变剪切模量的研究相对较少。分别采用现场波速测试和室内弯曲元试验对上海典型黏土层的初始剪切模量进行了研究。试验结果表明：在减小土样扰动、保持土样应力状态与原位土体等效的基础上,弯曲元试验得到的初始剪切模量与现场波速测试相一致;考虑了土体应力状态和孔隙比的经验公式能够合理地描述上海典型黏土层初始剪切模量的变化规律,并给出了各土层的经验参数。试验结果可为上海地区地下工程计算分析中小应变剪切模量的估算提供参考。     

基于离散元数值方法的砂土小应变弹性特性探讨

土体在非常小应变（小于10?6）时表现为线弹性。以往大量试验研究表明,土体的弹性特性主要受到土体有效围压、孔隙比、颗粒级配和试样制备方法等影响。通过离散元方法模拟Duffy和Mindlin中的物理试验,建立球形颗粒规则排列的三维模型,继而进行小变形条件下的数值加载试验来确定弹性特性,并从细观层面揭示决定土体弹性特性的内在因素。模拟结果表明：粒状土的弹性模量取决于土体的颗粒接触配位数、法向接触力的大小和分布,跟宏观土体孔隙比、有效围压作用相对应。弹性模量应力指数n高于Hertz-Mindlin接触法则对应的1/3,主要是由于应力增加过程中配位数的增加和接触力趋于更均匀导致。同时,泊松比也随着配位数的增加而减小,并非保持不变,跟试验结果趋势一致。     

标准砂小应变特性的应力路径三轴试验研究

通过应力路径三轴试验,将标准砂样分别K0固结和等向固结到平均球应力150 kPa,在p-q平面内沿0o,45o,90o,135o,180o,225o,270o,315o应力路径方向进行16组试样的应力应变关系试验研究,对当前应力路径、前期应力路径、应力路径旋转条件下1 %范围内剪应变和体积应变规律进行了对比分析。由试验曲线整理得到的剪切模量和体积模量随应力路径变化规律与已有的Bothkennar黏土试验结果类似。     

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。     

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。     

强风化花岗岩动力学参数的试验研究

地震反应分析通常采用等效非线性模型,动剪切模量G和阻尼比λ是该模型的两个重要参数。为研究目前在大型工程建设中遇到越来越多的强风化花岗岩的动力特性,利用固定-自由型共振柱（GDS RCA）对强风化花岗岩的剪切模量和阻尼比进行试验研究。GDS RCA为一种国际上广泛应用的共振柱,具有良好的性能,利用其控制试样的固结围压和孔隙水压力,可以测得试样在不同有效应力状况下的动剪切模量和阻尼比。对比研究不同有效应力下共振频率、动剪切模量和阻尼比随剪应变的变化情况,给出其变化曲线。按照Hadin-Drnevich[1]所提出的双曲线模型,拟合动剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化曲线。利用摩擦理论,对试样阻尼的产生机制进行探讨。试验结果表明,随着剪应变的增加,试样系统的共振频率随之减小,试样阻尼比随之增大;试样的动剪切模量和阻尼比皆与试样固结时的有效应力有关,而试样阻尼比也受孔隙水压力的影响。     

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。     

橡胶颗粒-砂混合物动剪切模量的试验研究

橡胶与土的混合物已经广泛用于边坡、挡土墙以及路基回填中,将其当作一种隔震材料用于基础隔震中去,从基础隔震的角度来研究橡胶颗粒-砂混合物的动力性能。利用循环单剪仪测出不同固结压力下不同配比的橡胶颗粒-砂混合物的动剪模量,绘出动剪模量随动剪应变的变化曲线,并对其进行比较,研究表明:橡胶颗粒的存在可以有效地降低橡胶颗粒-砂混合物的动剪模量,橡胶颗粒-砂混合物的动剪模量随固结压力增大而增大。     

基于南水模型的钙质砂应力−应变关系模拟

钙质砂是一种海洋生物成因的特殊岩土材料,具有颗粒性状不规则、易破碎的特点,表现出与石英砂不同的力学性质。为模拟钙质砂在不同应力水平下的应力?应变关系,首先分析南水模型的不足：即无法描述应力不变情况下应变无限增长的特点和不能描述钙质砂的剪胀性;然后通过在切线模量中引入应力比与峰值应力比的比值,合理考虑了颗粒破碎的影响;提出了切线模量和切线体积比与应力比间的函数关系式,使得改进后的模型能较好地描述应变?体变关系。同时,将孔隙压力系数引入到孔隙压力表达式中,较好地模拟了三轴不排水剪切试验结果。与现有的模型相比,改进后的模型表达式简单易懂,参数获取更为方便。     

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。     

冻土动力学参数研究的成果综述与展望

通过对前人的试验成果进行整理, 得到冻土动力学参数随温度、频率、应变幅、含水量和围压等因素的整体变化规律. 整体上看, 冻土的动弹性模量和动剪切模量随温度的降低而增大、随荷载振动频率的增加而增大、随动应变幅的增加而减小、随含水量的增加先增大后减小、随围压的增加而增大; 冻土的泊松比随温度的降低而增大; 冻土的阻尼比随温度的降低而减小, 随频率、应变幅、含水量、围压的变化规律性不强. 通过对试验条件和数值模拟时的实际工况对比分析, 给出如下建议: 动弹性模量和动剪切模量的预估适合用两段式线性模型, -5℃可以作为两段式的分界点; 列车荷载作用下冻土的动力响应属于小应变幅的振动, 冻土动力学参数应选择波速法的试验结果.     

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。     

钙质砂的干密度特征及其试验方法研究

最大、最小干密度是评价砂土密实度的重要计算参数。通过钙质砂的最大、最小干密度试验,揭示了钙质砂颗粒破碎对最大干密度的影响,分析了最大、最小干密度随粒径和含水率的变化规律,并总结了钙质砂的最大、最小干密度的测试方法。研究表明,最大干密度随粒径的增大呈现先减小后增加的趋势;在最大干密度的测试中存在明显的颗粒破碎现象,使测试结果偏大;颗粒破碎量随粒径的增加先增加后减小,其中粗砂的破碎量最大;最小干密度随粒径的增大而减小,单一粒组钙质砂最小干密度的最大值仍然小于级配良好钙质砂的最小干密度,同一粒组的钙质砂的最小干密度随含水率的增大呈现出略有减小的趋势。建议钙质砂的最大干密度试验宜采用电动相对密度仪法,最小干密度试验宜采用量筒法。     

含水率对大应变下橡胶砂动剪模量和阻尼比的影响

橡胶砂作为轻质耗能填料在工程中应用广泛,其含水状态随应用领域及外界因素变化而不同。研究含水率变化对橡胶砂动剪模量和阻尼比的影响,对于其合理应用具有重要意义。利用大型循环单剪试验装置对6种含水率的橡胶砂在3种竖向压力下进行了循环剪切试验,得到了动剪应变幅值在1%～3%范围时,橡胶砂动剪模量和阻尼比随含水率变化的试验现象。结果表明：橡胶颗粒的加入使得纯砂的动剪模量随含水率的衰减受到抑制,当橡胶颗粒含量达到30%时,橡胶砂动剪模量随含水率的增大反而表现出增大的趋势;随着橡胶颗粒含量的增大,橡胶砂阻尼比随含水率的增大表现出衰减的趋势;虽然离散性较大,但含水率对橡胶砂动力特性的影响不可忽略,橡胶砂动剪模量受含水率影响的平均最大变化幅值可达20%,阻尼比受含水率影响的平均绝对变化值接近0.025;在动力特性随含水率的稳定性方面,橡胶颗粒质量含量为20%的橡胶砂表现相对较好。     

考虑含砂量影响的砂-黏混合土应力-应变关系特性研究

将砂与黏土按不同比例干重量均匀混合制成砂-黏混合土,进行不排水三轴剪切试验,研究了含砂量和试验围压对混合土初始切线模量和应力-应变关系的影响,并对其作用机理进行了分析。研究结果表明:含砂量小于50%时,可以认为混合土初始切线模量与含砂量无关。含砂量大于50%小于80%时,初始切线模量随含砂量增加呈线性趋势增长。通过把含砂量参数引入到初始切线模量中对Duncan-Chang模型进行修正,使修正后的模型能够描述含砂量小于80%时混合土的应力-应变关系。当含砂量超过80%,混合土呈应变软化型,随含砂量的增加,初始切线模量逐渐保持稳定,应力-应变曲线峰值应变左移,可应用软化模型对其应力-应变关系进行描述。围压对混合土应力-应变关系有很大影响,在双对数坐标中,随试验围压的增大,初始切线模量呈线性趋势增长。     

扁铲探头贯入干砂的位移特征试验研究

扁铲侧胀试验（DMT）已在国内外岩土工程勘察、地基加固效果评价等领域中得到广泛应用。DMT的测试过程在扁铲探头贯入到测试位置后进行,因此探头的贯入过程对土体造成的扰动在一定程度上将直接影响测试结果。目前关于扁铲探头的贯入机理,以及贯入过程可能引起的土体扰动及其对测试结果的影响尚未研究清楚。通过室内模型试验手段,进行扁铲探头贯入不同初始密实状态下均质干砂的试验研究,分析了探头贯入过程中产生的土体位移场分布特征。试验结果表明：扁铲探头的楔形部和膜片所在的侧胀部贯入产生的挤压作用是引起土体变形扰动的主要原因;探头楔形部的贯入过程表现为向下和向斜侧面挤压土体,竖向位移量很小,产生向两侧扩展为主的扁状位移场,而探头侧胀部的贯入过程主要表现为向两侧面水平向挤压土体,产生半椭圆状水平位移场且分布范围明显更大,同时探头侧面表现为一定的剪切作用而产生较窄范围的竖向位移场。另外,扁铲探头贯入干砂产生的位移场受砂土初始密实状态的影响较小,主要表现为探头楔形部周围的位移场分布范围随密实度增大而扩大。