循环荷载下饱和软黏土的动骨干曲线模型研究

通过饱和软黏土室内不排水动三轴试验,研究了循环周次和动应力幅值对土体动力特性的影响。结果表明,在循环荷载作用下,随着循环周次的增加,土体均存在不同程度的刚度软化现象。根据动应力幅值大小的不同,循环荷载作用下饱和软黏土的动应变发展形态可分为3种类型:稳定型、破坏型和临界型。根据动应力-应变关系曲线特点,提出了含动应力幅值、固结围压和循环周次等影响因素的动骨干曲线模型。该模型所得的拟合值与试验值比较吻合。与传统骨干曲线模型相比,该模型能够体现土体在循环荷载作用下的刚度软化特性,更加切合实际。     

循环荷载下原状结构红黏土累积塑性应变模型

基于循环荷载作用下原状结构红粘土εP-lgN试验曲线簇,采用经典的对数函数模型对稳定性曲线、Monismith指数函数模型对破坏型曲线进行拟合分析,获得了相应模型参数的拟合公式,得出发散型对数函数模型不适宜于稳定型曲线的结论.针对稳定型曲线收敛的特点,提出了一个新的稳定型曲线累积塑性应变数学模型.与发散型对数函数模型比较,新模型具有收敛性,能更好地模拟稳定型曲线的变化规律.利用新模型对不同试验条件下原状结构红粘土稳定型曲线进行拟合,获得了新模型参数拟合公式.基于原状结构红粘土临界动应力试验值,引入了一个新的参数“动应力比”,该参数的引入能很好地降低试验数据点的离散性.     

单轴循环荷载下冻结土石混合体动弹性模量和累积塑性应变研究

在寒区工程建设中,研究含块石冻土的动力学特性是保证重大工程建设安全的前提。为了揭示冻结土石混合体在循环荷载下的力学行为,通过开展不同低温(-5℃、-10℃、-15℃)条件下的单轴循环荷载试验,获取了冻结土石混合体的动应力-应变关系,讨论了温度与含石量对动弹性模量的影响,探究了累积塑性应变的变化规律,并提出了相应的演化模型。结果表明:(1)冻结土石混合体的动应力-应变曲线呈现由松到紧再到松的趋势。另外,总结了不同阶段下滞回环的变化特征,发现随着循环次数的增加,首先呈现不闭合的椭圆形,接着是柳叶形,最后是扁长椭圆形。(2)随着温度的增大,动弹性模量有明显的增大趋势。当温度降至-15℃,动弹性模量呈现先增大后减小的趋势。随着含石量的增大,动弹性模量呈现增大的趋势。(3)累积塑性应变与循环次数存在明显的阶段性,可划分为初始变形阶段、稳定变形阶段和快速变形阶段,在此基础上提出了累积塑性应变与循环次数的改进Monismith模型,与Monismith原模型对比,可较好地拟合试验结果。并通过斯皮尔曼相关分析和偏相关分析发现,改进Monismith模型中参数b值与含石量呈显著正相关,参数a与温度呈现显...     

三维应力状态下饱和软黏土循环动力特性试验研究

在三维应力空间中,基于循环大主应力与循环中主应力的耦合模拟交通荷载下竖向循环正应力与平行于道路方向的水平向循环正应力的耦合,构建了循环大、中主应力耦合应力路径,定义了循环应力路径表征参数——循环中主应力系数bcyc。通过GDS动静真三轴仪,对正常固结饱和软黏土进行了一系列循环大、中主应力耦合应力路径下的不排水循环加载试验,重点分析了循环中主应力系数及循环应力比对正常固结软黏土长期循环动力及安定特性的影响。试验结果表明：三维应力状态下,循环中主应力系数的增大提升了土体回弹模量,抑制了累积大主应变的发展,并且累积大主应变与循环中主应力系数呈线性关系。基于安定理论,确定了循环大、中主应力耦合应力路径下饱和软黏土的容许循环应力比,同时发现循环中主应力系数的增加引起了容许循环应力比的上升。     

交通荷载引起的静偏应力对饱和软粘土变形影响

为了研究交通荷载引起的静偏应力对饱和软粘土变形的影响,设计了室内不排水动三轴试验,将交通荷载简化为静偏应力与正弦荷载的叠加,依据实验数据分析了土体的塑性变形发展规律,给出了不同静偏应力下土体的转折应变-破坏振次的半对数关系曲线,研究了静偏应力对该曲线的影响规律。研究表明,静偏应力越大,土体变形发展越快,相同条件下达到转折应变时所需的破坏振次越小;静偏应力越大,转折应变-破坏振次关系曲线的斜率越小,截距则比较接近。     

循环荷载下兖石铁路路基膨胀土的动力特性试验研究

采用兖（州）至石（臼所）铁路路基膨胀土,借助GDS动三轴仪,研究了含水率、振动频率、动应力幅值对膨胀土累计塑性应变、动强度以及临界动应力的影响。试验结果表明:以轴向累计应变达到5%作为破坏标准时,循环次数与累计塑性应变曲线关系呈现出稳定型、临界型、破坏型3种状态;动强度与临界动应力均随含水率的增大而显著降低,饱和状态下的临界动应力只有40 kPa,低于列车实际动荷载;临界动应力与饱和度之间存在一条临界状态线,可以判断试样处于稳定、临界、还是破坏状态。振动频率对土体动力特性的影响:在f=0.5~2 Hz内,动强度随频率的增加而增大,当频率继续增大到5 Hz时,膨胀土动强度显著提高;在f=0.5~5 Hz范围内,临界动应力随频率的增加而增大,近似呈线性关系。相关研究结果对揭示动荷载下膨胀土的力学特性,确保膨胀土地区铁路线的安全运营具有重要意义。     

地铁行车荷载作用下淤泥质黏土累积特性的试验研究

中国上海地区地铁隧道一般位于第④层淤泥质黏土层中,在地铁行车荷载作用下隧道周围土体变形引起隧道轴线沉降,有些区段隧道轴线沉降量已超过20cm,引起了一系列环境地质问题.本文以上海第④层原状淤泥质黏土为研究对象,通过室内循环三轴试验,模拟地铁运营过程中产生的振动荷载,研究荷载作用下上海淤泥质黏土的累积应变、孔隙水压力及再...     

天津滨海软黏土动力累积塑性变形特性与增长模型

为了研究了循环动应力、初始静偏应力、固结比、振动频率共同作用对软黏土累积塑性应变的影响,以天津滨海新区临港工业区的浅海-滨海相软黏土为研究对象,利用GCTS循环扭剪三轴仪对其进行一系列循环三轴试验。试验结果表明,循环动应力增加、振动频率降低,能加快软化指数的衰减速率;初始静偏应力和固结比的增加,可提高软黏土抵抗循环动荷载的能力,减缓软化指数的衰减速率。综合考虑以上4种因素对软化指数随累积塑性应变发展变化的影响,总结得到了不同影响因素下软化指数与累积塑性应变之间的经验公式。结合以往学者对软化指数和循环荷载振动次数的相关性研究,以软化指数为桥梁,最终建立了针对天津滨海软黏土累积塑性应变的增长模型,并对模型的适用性进行了验证。     

循环荷载下路基压实粉土的临界应力与应变水平

通过动三轴试验,分析了不同压实系数、不同含水率和不同动应力水平条件下路基压实粉土的累积塑性变形特征、影响因素及演化规律,界定了循环荷载作用下路基压实粉土的临界动应力和动(回弹)应变水平。试验表明,路基压实粉土的临界动应力和动应变水平随压实系数增加而增大,试样含水率越低,变化速率越大;同时随含水率增加而降低,且含水率越高,降低速率越大。此外,还随静强度增加近似线性增大,回归分析得到比例系数分别为0.5204和0.0007。     

分级循环荷载下原状红黏土动力特性试验研究

为研究循环荷载下原状红黏土路基的动力特性,采用SDT-20型动三轴仪对原状红黏土进行了分级循环动三轴试验,研究了围压、频率及动应力幅值对原状红黏土的动应力、动弹性模量-动应变（ E_d-ε_d）和动剪切模量-动剪切应变（ G_d-γ_d）关系曲线的影响规律。结果表明:原状红黏土的动应力-动应变关系曲线发展规律可采用Kondner模型进行描述;动应力随动应变先急剧增大后趋于平稳,并给出了急剧增加时动应变的取值范围,即0%～0.05%;分析了不同围压、振动频率下红黏土的动弹性模量及动剪切模量的变化规律,当动应变小于临界值时,红黏土动弹性模量随动应变的增大而增大;当动应变大于临界值时,红黏土材料动弹性模量随动应变的增大而减小,动剪切模量具有相同变化规律;结合红黏土的动力特性变化规律,利用围压对动弹性模量进行折减,在Darendeli模型的基础上建立了红黏土路基动弹性模量、动剪切模量的分段预测模型,经拟合验证,本文分段模型的适用性较好,可预测分级循环荷载下红黏土的动弹性模量-动应变（E_d-ε_d）和动剪切模量-动剪切应变（G_d-γ_d）关系曲线发展趋势。     

饱和软粘土在冲击荷载下的动力特性研究

通过对淤泥质饱和软粘土施加冲击荷载进行室内动力固结试验,研究了软粘土在冲击荷载作用下的应力、孔隙水压力、轴向变形等动态响应特征,并通过三轴剪切试验结果,分析冲击荷载对淤泥质饱和软粘土的加固效应。试验结论对于动力固结理论的完善和现场施工具有指导意义。     

循环荷载作用下饱和软土的各向异性边界面模型

在临界状态弹塑性力学的框架内,建立了可以考虑循环荷载作用下各向异性对饱和软土力学特性影响的边界面塑性模型。该模型采用非关联的流动法则,引入了反映土体各向异性的内变量,利用该内变量的初始值描述初始各向异性,采用一种理论更为严谨、模型参数确定更为恰当的旋转硬化法则描述循环加载过程中各向异性的演化,利用更新映射中心的径向映射法则和与塑性偏应变路径长度有关的塑性模量插值规律,保证模型能够模拟循环加载时应力-应变响应的非线性、滞回性、应变累积性等基本特性,解释了模型参数的物理意义和确定方法,特别是给出了一种合理确定描述土体初始各向异性状态变量方法。通过文献中等压固结和偏压固结饱和黏土的循环三轴试验结果与模型预测结果的对比验证了模型的合理性。     

循环荷载作用下软黏土刚度软化特征试验研究

循环荷载作用下,软黏土将发生软化现象,而以往的研究中大多未考虑初始偏应力的影响。通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究了循环荷载作用下土体的刚度软化情况。通过分析每一次循环过程中割线剪切模量的变化规律,探讨了循环次数、循环应力水平、初始偏应力对刚度软化的影响。结果表明,随着循环次数的增加,土体刚度逐渐减小;循环应力水平的提高,初始偏应力的施加将加快刚度软化。在试验的基础上推导了反映土体刚度软化规律的经验公式,得到了萧山软黏土的破坏刚度比。     

循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现

在波浪循环荷载作用下饱和软黏土地基出现孔隙水压力升高,并导致不排水强度弱化,严重影响防波堤的承载性能。考虑静偏应力影响,基于最大孔隙水压力发展模型和正常固结软黏土不排水强度公式,推导出软黏土不排水强度随循环荷载作用次数和应力水平变化的动态折减规律。结合软黏土不排水强度动态折减规律和M-C屈服准则,在有限元软件ABAQUS上实现软黏土不排水强度循环弱化分析的数值开发和动力运算过程。运用该动力有限元方法对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算。结果表明,最大孔隙水压力发展曲线以及循环荷载作用后不排水强度的数值预测结果与动三轴试验结果吻合良好。另外,动力有限元方法（DFEM）能够表示土体强度在循环荷载作用下的具体弱化过程。     

初始偏应力作用对萧山软黏土动弹模量与阻尼影响试验研究

通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,着重研究了初始偏应力对动弹模量（土动剪模量）及阻尼比的影响。试验结果表明,在相同的动应变水平下,随着初始偏应力的增加,土体动模量Ed、Edmax 以及Ed /Edmax与阻尼比D都有较大幅度的增加。在试验的基础上,通过指数函数建立了反映动模量Ed、Edmax 以及Ed/Edmax与动应变之间关系的经验公式。同时,采用指数函数建立了阻尼比D与Ed /Edmax关系表达式来间接模拟初始偏应力作用下阻尼比的变化规律。与以往的二次函数曲线相比,得到了更为精确的结果。     

循环荷载对粉质黏土力学性质的影响

通过等压固结静、动三轴试验,研究了渤海湾粉质黏土在循环荷载作用下的动力性质和循环荷载后不排水静力性质。试验结果表明,循环应力幅值比越大,平均轴向应变和轴向应变幅值越大;循环应力幅值比达到0.4时,平均轴向应变和轴向应变幅值随着循环周数增加迅速增大;循环应力幅值比相同,固结应力越大,轴向应变幅值越大,而平均轴向应变越小。在较大的循环应力幅值比下,平均孔压比值和孔压幅值比值随着循环周数的增大会达到稳定;循环应力幅值比越大平均孔压比值和孔压幅值比值均越大;相同循环应力幅值,固结应力越大平均孔压比值越小,而固结应力对孔压幅值比值影响较小。循环荷载的作用会导致循环荷载后不排水剪在q-p’平面上有效应力路径和孔压发展表现出超固结土的性质。     

循环荷载作用下饱和软黏土的损伤模型

基于各向同性弹塑性损伤和Prevost模型的基本理论,把弹塑性等向硬化、运动硬化和各向同性损伤结合起来,推导了循环荷载作用下不排水饱和软黏土的弹塑性动力损伤本构模型。由循环累积塑性偏应变建立损伤演化方程,以描述循环加载对软黏土结构的破坏作用,并通过对循环三轴试验的模拟验证了模型的有效性。结果表明,提出的模型能较好地描述饱和软黏土在循环荷载作用下的变形、孔压变化及模量损伤过程。