应力主轴循环旋转条件下饱和砂土的变形特性

采用香港科技大学的空心圆柱扭剪仪对日本标准丰浦砂进行了3个系列、每个系列包含中主应力系数=0.1、0.5和1.0三种不同情况的纯应力主轴循环旋转排水试验。试验过程中控制作用在砂样上的有效主应力的幅值不变,仅应力主轴在0°至180°之间循环旋转。着重分析了纯应力主轴循环旋转条件下饱和砂土的剪切变形特性、体应变的发展规律及中主应力系数的影响。     

风浪荷载作用下扩底桩基础桩周土应力特征分析

扩底桩基础在承受水平风浪荷载时,基础周围的地基土表现出复杂的应力变化特性。基于有限元程序ABAQUS,针对近海风机单桩基础受力特点,分别建立扩底桩和等直径桩的有限元模型,着重分析扩底桩受风浪荷载时桩周土的应力特征,并对扩底桩和等直径桩桩周土的应力主轴旋转角度规律进行对比分析。结果表明:扩底桩在承受风浪荷载时,上部桩桩周土偏应力和主应力方向角的变化较为明显,扩底段部分桩周土受动荷载的影响较中段更为明显;随着桩周土与扩底桩距离的增加,桩周土主应力方向角旋转幅值逐渐减小,直到减小为一个较为稳定的值;扩底桩桩周土与等直径桩桩周土的主应力方向角旋转幅值变化规律有所不同。     

主应力轴持续旋转条件下饱和松砂的振动孔隙水压力特性

利用新研制的“土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪”,针对福建标准松砂,在三向非均等固结条件下,进行了能够模拟海洋波浪荷载作用下主应力轴连续旋转的循环耦合剪切试验。通过试验着重探讨了初始主应力方向、振动过程中主应力方向连续变化对不排水条件下砂土的振动孔隙水压力增长特性的影响。实验研究表明:在振动过程中主应力轴连续旋转的条件下,初始主应力方向对砂土的动孔压比与振次比之间关系具有显著的影响,随着初始大主应力与竖向之间夹角的增大,动孔压比的增长速度明显加快,具有较好的规律性;归一化孔压比与广义剪应变之间的关系基本上与初始主应力方向角和振动剪应力幅值无关。     

近海风机单桩基础桩周土应力特征分析

桩周土体的力学响应规律对近海风机桩基础的变形和稳定性有重要影响。采用有限元方法对一个概化的近海风机单桩基础进行数值模拟,着重分析动荷载作用下桩基础和桩周土的变形规律、桩周土应力作用特征及应力主轴的旋转模式。发现桩周土体各方向的应力分量随循环荷载的作用呈现出周期性的往返变化,第一周期的应力路径与继后周期的应力路径明显不同,浅层桩周土存在显著的应力主轴往复旋转,旋转幅度可达60°。     

近海风机单桩基础桩周土应力特征分析

桩周土体的力学响应规律对近海风机桩基础的变形和稳定性有重要影响。采用有限元方法对一个概化的近海风机单桩基础进行数值模拟,着重分析动荷载作用下桩基础和桩周土的变形规律、桩周土应力作用特征及应力主轴的旋转模式。发现桩周土体各方向的应力分量随循环荷载的作用呈现出周期性的往返变化,第一周期的应力路径与继后周期的应力路径明显不同,浅层桩周土存在显著的应力主轴往复旋转,旋转幅度可达60°。     

初始主应力方向角对黄土动变形特性影响研究

建筑物和构筑物地基土体的主应力方向往往发生旋转,因此研究初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响规律具有一定的现实意义。通过对不同初始应力状态下原状与重塑黄土进行动扭剪三轴试验,研究了初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响规律,结果表明:在不同初始主应力方向角下,原状黄土抵抗剪切变形的能力大于重塑黄土;在其他条件相同的情况下,初始主应力方向角越大,黄土抵抗剪切变形的能力越弱;随着初始主应力方向角的增大,黄土的动剪切模量随动剪应变变化的规律呈现出减小的变化趋势,而阻尼比则呈现出增大的变化趋势;初始动剪切模量与最大动剪应力随初始主应力方向角的增大而减小。建议在初始平均主应力较大的情况下,考虑初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响,试验成果可为黄土地区工程设计提供一定的参考。     

土体永久变形中地震动有效荷载研究

通过黏土和砂土的一系列动三轴试验,研究土体永久变形中地震动的有效荷载问题,提出了黏土和砂土应变门槛值与有效荷载幅值下限值的关系,给出了有效荷载幅值的计算公式和有效荷载的推荐值.结果表明,真实地震荷载下土的变形发展与等幅正弦荷载有明显不同,应变发展时程的形态主要受地震动的形态控制.应变门槛值与有效幅值下限值呈非线性关系,应力幅值下限值比应变门槛值大,且在较小的应变门槛值情况下需要比率差别更大的有效幅值才能产生相应的应变.以使土体产生超过总应变10%增量的应力值作为有效荷载幅值,砂土情况下幅值应大于峰值的四分之一,黏土情况下幅值应大于峰值的三分之一.     

饱和砂土的液化应力条件

本文的研究课题是探讨饱和砂土的液化应力条件。首先,指出在液化势判别中现场土单元的受力条件与液化试验土样的受力条件的不同是一个重要的影响因素。如果以最大往返剪切作用面上的应力分量表示液化应力条件,这个影响会得到合理的考虑。对于三轴液化试验、简切液化试验的受力条件和平面应变状态下土单元的受力条件,证明了最大往返剪切作用面的位置只由静力有效应力分量来确定而与往返应力无关。这个特点使得最大往返剪切作用面上的静力有效应力分量和往返应力分量的表达式十分简单,便于应用。为了建立液化应力条件引进了一个往返剪切作用函数,这个函数是以最大往返剪切作用面上的应力分量表示的。由此确定出来的液化应力条件能够对现行的几种液化试验的结果作出统一的解释。这样,所给出的液化应力条件的适用性得到了必要的试验证明。     

液化对地表运动影响的现场试验研究

通过现场人工激震土体液化试验,研究液化对地表地面运动的影响,以求从一个新的角度得到地表运动与液化关联性的认识。设计了受到不同震动幅值下3种不同密实度的饱和砂土样人工激震试验,得到了其液化水平与地表加速度的关系以及液化对地表运动的影响规律,试验结果表明:荷载较小不足以使砂土发生完全液化时,砂土相对密度对孔压上升极限值起控制作用;荷载能使砂土液化时,砂土相对密度对孔压上升速率起控制作用,其中密实砂土最为敏感;以孔压比作为液化水平特征量,液化土体开始影响土表加速度的孔压比门槛值在0.3左右,液化土体削减地表加速度的孔压比在0.3~0.7之间,该值与饱和砂土的相对密度正相关、与荷载幅值负相关,而液化土体显著影响地表加速度的孔压比在0.7以上。     

双向循环荷载下黄土的动变形特性研究

利用SDT-20型动三轴仪在双向循环荷载下探究了黄土的动变形特性,分析了初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土动变形发展的影响。试验结果表明:双向循环荷载作用下,初始动应力状态对黄土破坏模式有重要影响,初始循环偏应力小于0 k Pa时,黄土呈受拉破坏,初始循环偏应力大于0 k Pa时,黄土呈受压破坏。初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土的动剪切变形均有明显的影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值的增大均加快了黄土的动剪切变形发展,使土体的破坏更迅速。预剪应力对土体起到预压密作用,黄土的动剪切变形的发展随预剪应力的增大而减缓。当剪切动荷载幅值保持不变时,拉压动荷载幅值的增大明显地加速了黄土动剪切变形的发展,其对土体动剪切变形的影响和剪切动荷载是一致的。     

饱和砂土不排水单调剪切特性试验研究——考虑剪切过程中变化的总主应力方向的影响

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对相对密度Dr=30％的福建标准砂,进行了不排水条件下的单调剪切试验。在剪切过程中,控制平均固结应力和中主应力系数保持不变,而总主应力方向不固定。与剪切过程中总主应力方向固定不变条件下的单调剪切试验进行了对比分析。试验研究表明,当饱和砂土试样具有水平沉积面时,初始固结主应力方向与剪切方向的不同组合,导致单调剪切过程中总的主应力方向的不断变化,从而显著地影响着饱和砂土不排水单调剪切特性。总的主应力方向是影响饱和砂土不排水单调剪切特性的最根本原因。     

Modelling the impact of a time-varying wave angle on the nonlinear evolution of sand bars in the surf zone

Sandy beaches are often characterized by the presence of sand bars, whose characteristics (growth, migration speed, etc.) strongly depend on offshore wave conditions, such as wave height and angle of wave incidence. This study addresses the impact of a sinusoidally time-varying wave angle of incidence with different time-means on the saturation height, migration speed and longshore spacing of sand bars. Model results show that shore-transverse sand bars (so-called TBR bars) eventually develop under a time-varying wave angle. Depending on the time-mean, amplitude and period of the varying angle of wave incidence, the mean heights and mean migration speeds of the bars can be larger or smaller than their corresponding values in the case of time-invariant angles. Bars might not even form when the wave angle varies around a too large oblique mean value, whereas bars exist in the case of a time-invariant wave angle. The oscillations in both bar height and migration speed are large if the period of the time-varying wave angle is close to the adjustment timescale of the system and if large differences in the local growth and migration rates of the bars occur during one oscillation period. The oscillations in bar height are a combination of harmonics with the principal period and half the period of the time-varying wave angle, whereas those of migration speed contain only the principal period. Bars that are subject to time-varying wave angles have larger longshore crest-to-crest spacings than those which form under fixed wave angles. Physical explanations for these findings are given. © 2020 The Authors. Earth Surface Processes and Landforms published by John Wiley & Sons Ltd     

中主应力对击实黄土强度和变形特性的影响

为研究中主应力对击实黄土强度和变形特性的影响,利用空心圆柱扭剪仪对击实黄土进行主应力轴方向为0°的定向剪切试验,重点探讨中主应力系数b对剪切过程中击实黄土强度和变形的影响。试验结果表明,在不同中主应力系数下试样的广义剪应力-应变曲线发展模式基本相同,其曲线差异不显著,剪切后期试样表现出显著的延性特性。中主应力对击实黄土的强度影响较大,b=0.25时归一化强度最大,而b=0.5时最小。当b从0到0.25时强度增加;当b=0.25时强度达到峰值,随着b的继续增加,强度迅速减小;当b=0.5时强度达到最小值,随着b的进一步增加,强度先增大后减小。随着中主应力系数b的增加,击实黄土的有效内摩擦角呈现增大的趋势,强度参数在b=0时最小,b=0.75时最大,b=1(三轴拉伸)高于b=0(三轴压缩)。     

复杂应力条件下饱和松砂单调与循环剪切特性的比较研究

本文利用大连理工大学新引进与开发的“土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪”,针对福建标准砂,在不排水条件下同时进行了单调剪切试验与循环剪切试验,进而对其进行了对比分析。通过比较表明,应力-应变关系的应变软化和硬化特性与流滑变形和循环流动特性密切相关,当循环剪切应力水平高于单调剪切过程中应变软化阶段最小强度时将会发生流滑变形。无论在单调剪切中,还是在循环剪切中,稳定状态时的有效偏应力比随着大主应力方向与竖向之间夹角的增大而减小,在中主应力系数相同的条件下,循环剪切中呈现显著剪胀时的有效偏应力比和最终稳定状态时的有效偏应力比峰值分别与单调剪切中达到相变状态时的有效偏应力比和最终稳定有效偏应力比基本上一致。然而不排水条件下单调与循环剪切过程中孔隙水压力的增长特性却并不相同,循环剪切中的最大孔隙水压力随着初始主应力方向角的增大而减小,单调剪切中的最大孔隙水压力却随着主应力方向角的增大而增大。     

海上风电结构地基土动应力变化规律研究

以承受水平荷载为主的海上风力发电机在风、浪等荷载的共同作用下其结构—地基系统具有复杂的受荷特性,使得基础周围的地基土表现出复杂的应力变化特性。本文通过数值计算分析了海上风机上部结构所受水平荷载与波浪荷载的作用方向夹角以及荷载频率对地基土应力状态的影响,揭示了海上风机单桩结构地基土的典型应力时程变化及分布规律。结果表明海上风电结构地基土的应力幅值大小和主应力方向角都在发生变化,上部水平荷载与波浪荷载间的夹角以及二者的频率都对地基土的应力状态,特别是主应力方向角的旋转产生了很大影响。     

不同力源作用下云南中西部构造运动和应力场特征

本文通过对红河断裂带附近水平残余应力应变场的分析和对该区用6种加力方向进行的平面有限元计算,并结合有关资料讨论了该区现今应力场及其地震危险性。结果表明:该区现今构造应力场较为复杂,且有明显的分区特点,但其最大主压应力的优势方位为近南北。永胜附近,剑川—洱源一带,大理、下关、宾川所围地区是该区未来地震的危险区。当主压应力轴偏向北西时,永平一带,兽洱—思茅一带,峨山、石屏、通海一带也可能发展成为未来地震的危险区。     

CHARACTERISTICS OF FOCAL MECHANISMS AND STRESS FIELD IN THE EASTERN BOUNDARY OF SICHUAN-YUNNAN BLOCK AND ITS ADJACENT AREA

This study is devoted to a systematic analysis of the stress state of the eastern boundary area of Sichuan-Yunnan block based on focal mechanisms of 319 earthquakes with magnitudes between M3.0 and M6.9, occurring from January 2009 to May 2018. We firstly determined the mechanism solutions of 234 earthquakes by the CAP method, using the broadband waveforms recorded by Chinese regional permanent networks, and collected 85 centroid moment tensor solutions from the GCMT. Then we investigated the regional stress regime through a damp linear inversion. Our results show that:1)the focal mechanisms of moderate earthquakes are regionally specific with three principal types of focal mechanisms:the strike-slip faulting type, the thrust faulting type and the normal faulting type. The strike-slip faulting type is significant in the eastern boundary area of Sichuan-Yunnan block along the Xianshuihe-Xiaojiang Fault, the Daliangshan Fault, and the Zhaotong-Lianfeng Fault. The thrust faulting type and the combined thrust/strike-slip faulting type are significant along the Mabian-Yanjin Fault, Ebian-Yanfeng Fault and the eastern section of Lianfeng Fault; 2)The most robust feature of the regional stress regime is that, the azimuth of principal compressive stress axis rotates clockwise from NWW to NW along the eastern boundary of Sichuan-Yunnan Block, and the clockwise rotation angle is about 50 degrees. Meanwhile, the angels between the principal compressive axis and the trend of eastern boundary of Sichuan-Yunnan Block remain unchanged, which implies a stable coefficient of fault friction in the eastern boundary fault zone of Sichuan-Yunnan Block. The movement of the upper crust in the southeastern Tibetan plateau is a relatively rigid clockwise rotation. On the whole, the Xianshuihe-Xiaojiang Fault is a small arc on the earth, and its Euler pole axis is at(21°N, 88°E). The Daliangshan Fault is surrounded by the Anninghe-Zemuhe Fault, which formed a closed diamond shape. When the Sichuan-Yunnan block rotates clockwise, the Daliangshan Fault locates in the outer of the arc, while the Anninghe-Zemuhe Fault is in the inward of the arc, and from the mechanical point of view, left-lateral sliding movement is more likely to occur on the Daliangshan Fault. Our results can be the evidence for the study on the "cut-off" function of the Daliangshan Fault based on the stress field background; 3)The regional stress regime of the eastern boundary faults zone of the Sichuan-Yunnan Block is the same as the south section of the Dalianshan Fault, and the focal mechanism results also reveal that the Dalianshan Fault is keeping left-lateral strike-slip. There may be the same tectonic stress field that controls the earthquake activities in the southern section of Daliangshan Fault and Zhaotong-Lianfeng Fault. The regional stress regime of Zhaodong-Lianfeng Fault is also the same with the Sichuan-Yunnan Block, which implies that the control effect of the SE movement of the Sichuan-Yunnan block may extend to Weining.     

复杂应力条件下松砂振动孔隙水压力与体变特性的试验研究

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在5种初始主应力方向角与5种中主应力系数相组合的初始固结条件下,对饱和松砂进行了不排水循环扭剪试验。讨论了初始固结条件对不排水条件下饱和松砂孔隙水压力变化规律及对剪胀、剪缩、卸荷体缩等体积变化过程的影响。试验研究表明：（1）分别以稳定残余孔隙水压力和破坏时循环次数归一化后的残余孔隙水压力比和循环次数比之间的关系可以用双曲线模式表达。其参数主要依赖于初始主应力方向,中主应力系数对参数的影响并不显著。归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系也可以用双曲线模式表达,其中的2个待定参数依赖于初始主应力方向,与中主应力系数无关;（2）在三向非均等固结条件下的不排水循环扭剪试验中,饱和松砂表现出卸荷体缩特性,不同初始主应力方向时,饱和松砂剪缩、剪胀、卸荷体缩呈现出不同的交替变化模式。