南京河西淤泥质粉质粘土卸荷回弹变形研究

通过大量室内固结回弹试验,研究了南京河西地区淤泥质粉质粘土的卸荷回弹变形规律。固结-回弹-再压缩曲线表明该地区淤泥质粉质粘土的弹性变形要比其塑性变形量小得多,卸荷再压缩后,土体的压缩性也明显降低;通过分析卸荷比和回弹率、回弹应变以及回弹模量的关系曲线,确定了该地区淤泥质粉质粘土的临界卸荷比和极限卸荷比指标,从而可以确定开挖卸荷的影响深度范围。卸荷回弹变形随着卸荷滞留时间的增长,有先增大后减小的特点。试验结果表明,在卸荷与加荷作用下,土体的变形特性、变形模量有着明显差别。     

软土等向固结与K0固结条件下的三轴试验研究

对某软土重塑样分别进行等向固结和K0固结条件下的三轴试验,研究了不同固结条件、不同围压下软土的强度和应力应变特性,并对试验结果进行了分析和对比。结果表明：低围压下,等向固结三轴压缩试验和K0固结三轴压缩试验土样破坏时的主应力差差别不大,随着围压增大,K0固结条件下试验土体的主应力差要明显大于等向固结条件下的试验土体;与等向固结相比,K0固结条件下的土体粘聚力c值减小,而内摩擦角增大;土体呈现剪缩特性。运用等向固结三轴压缩试验确定的邓肯模型参数模拟K0固结条件下土体的试验曲线,吻合较好,初步验证了邓肯模型参数对K0固结土体的适用性。     

珠江三角洲海相沉积软土压缩和剪切变形特性试验研究

为了研究近代海相沉积软土的变形特征,本文对珠江三角洲河口地区的全新世海相沉积的软土进行了室内单轴压缩与不同围压下作用下的三轴固结不排水(CU)、不固结不排水(UU)的剪切试验。试验结果表明:原状土和重塑土样的孔隙比随压力的增大而下降,且与加压方式有密切关系,加压幅度越小,土的扰动破坏越小;原状土样固结系数随着压力增加而递减,整体近似符合指数函数分布,重塑土样固结系数随着压力增加逐渐增大,整体近似符合线性函数分布。在相同的固结压力下,原状土样的强度低于重塑土样的强度。土样的应力应变曲线为应变硬化型,且围压对重塑土的影响小于原状土。     

描述软土不排水循环应力应变响应的拟动力关系

依据等效黏弹性理论与蠕变理论,建立了描述一般应力状态饱和软土不排水循环应力应变响应的拟动力本构关系。该关系包括三个基本参数：循环剪切模量,阻尼比与增量循环累积应变。利用循环剪切模量与阻尼比随土单元八面体剪应变的变化描述循环荷载作用下软土的不排水循环应变,依据Mises蠕变势函数与正交流动法则确定循环累积应变增量。通过饱和软土不固结不排水循环三轴压缩试验确定这些变化关系。按确定出的参数预测循环三轴拉伸与循环扭剪试验结果。预测出的循环拉伸试验剪切模量和阻尼比随八面体剪应变的变化与试验结果吻合。对于循环扭剪试验,当循环偏应力与静偏应力方向一致时,预测出的循环累积应变随循环次数的变化与试验结果基本一致;当循环偏应力与静偏应力作用方向不一致时,预测出的循环累积应变与试验结果相比偏小。     

描述软土不排水循环应力应变响应的拟动力关系

依据等效黏弹性理论与蠕变理论,建立了描述一般应力状态饱和软土不排水循环应力应变响应的拟动力本构关系。该关系包括三个基本参数：循环剪切模量,阻尼比与增量循环累积应变。利用循环剪切模量与阻尼比随土单元八面体剪应变的变化描述循环荷载作用下软土的不排水循环应变,依据Mises蠕变势函数与正交流动法则确定循环累积应变增量。通过饱和软土不固结不排水循环三轴压缩试验确定这些变化关系。按确定出的参数预测循环三轴拉伸与循环扭剪试验结果。预测出的循环拉伸试验剪切模量和阻尼比随八面体剪应变的变化与试验结果吻合。对于循环扭剪试验,当循环偏应力与静偏应力方向一致时,预测出的循环累积应变随循环次数的变化与试验结果基本一致;当循环偏应力与静偏应力作用方向不一致时,预测出的循环累积应变与试验结果相比偏小。     

西北地区典型遗址土动模量与阻尼比特性试验研究

通过室内动三轴试验,研究了西北地区遗址土体的动本构关系,得到了模型参数,分析了遗址土体的动剪模量比和阻尼比的特性,并通过归一化处理得出模型参数,结果表明:遗址土体符合Hardin-Dinevich双曲线模型,其相关系数均大于0.991 7,模型参数a、b与土样密度不存在相关性;在相同荷载下,密度越大,动应变和动残余应变越小,其中陕西定边陡沟子明长城墙体土承受动荷载能力下降较快,而草滩段秦长城墙体、瞭望台台基处初始弹性模量和初始剪切模量较小,三处土体硬度较小,易于遭受病害侵蚀破坏,需进行重点加固维护;遗址墙体所建窑洞处土体强度和硬度明显大于长城墙体,动弹性模量和动剪切模量约为其墙体2倍。草滩段瞭望台土体强度和硬度明显大于同地区长城墙体;遗址土体的动剪切模量G/G0随着动剪应变γd的增加而减小,且密度越大,衰减速度越快,阻尼比D随着动剪应变γd的增长,呈现先缓慢增加-急剧增加-缓慢增加的过程,且密度越大,阻尼比越大。按建造年代、建造形制和用途划分、所处地区对典型遗址进行动力特性的对比分析,为今后土遗址加固保护提供理论基础和参考依据。     

失水过程中的土壤孔隙比―含水量―吸力关系

当土体总应力状态保持不变时,基质吸力的提高是导致孔隙水排水、土样体积收缩、孔隙结构改变的根本原因,通过吸力可以将土壤收缩曲线和土水特征曲线联系起来进行比对研究。采用广义有效应力原理分析超固结土样和正常土样的失水过程,结果表明:超固结土样中存在着相应的先期固结压力的吸力值,称之为先期固结吸力ψc。当土样吸力小于ψc时,超固结土样和正常固结土样的收缩曲线、土水特征曲线不同:超固结土孔隙比随吸力提高而减小的坡度较缓,约等于土样的回弹再压缩指数,土样处于结构性收缩阶段;先期固结压力越大,土水特征曲线的进气值越高。当土样吸力高于ψc时,超固结土样和正常固结土样的收缩曲线、土水特征曲线重合。     

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。     

超深厚覆盖层中深埋细粒土动力变形和强度特性三轴试验研究

土石坝（超）深厚覆盖层中的深埋细粒土难以完全挖除（换填）,其在地震作用下的动力变形特性和强度特性是科研设计人员关注的问题。本文进行某大型土石坝工程超深厚覆盖层地基中的深埋粉砂层土动力特性三轴试验,研究其在地震荷载作用下的动力变形与强度特性,并为大坝—地基系统动力分析和抗震设计提供基础资料。研究表明：试验土料最大动剪模量和平均有效应力在双对数坐标中呈良好的线性关系,不同围压力条件下的模量衰减（阻尼比增长）曲线可以采用参考剪应变的方式进行归一,可用试验确定特定围压力条件下的模量衰减（阻尼比增长）曲线外延推求任意围压力条件下的相应曲线;试验土料在地震荷载作用下的动强度特性主要受土体密度、固结条件和围压力条件等控制,当土体处在不等向固结状态时,不同动力破坏标准下确定的土体动强度特性参数差异较大。     

黑龙江省冻结盐渍土动模量阻尼比试验研究

采用低温动三轴试验方法,以黑龙江省季冻区盐渍化问题比较突出的大庆杜尔伯特地区盐渍土为研究对象,针对负温、围压和振动频率3个试验条件,对季冻区盐渍土的动应力、动弹性模量、模量比和阻尼比等动力参数的变化规律及其主要影响因素进行研究,给出不同影响因素下的动应力与动应变关系曲线;动弹性模量与动应变曲线;动模量比与动应变关系曲线和阻尼比与动应变关系曲线的归一化拟合曲线。试验表明:温度对动应力影响最明显,在应变相同的情况下,温度与动应力、动弹性模量、阻尼比呈负相关,而与模量比呈正相关。围压对动弹性模量影响显著,与动应力、动弹性模量、模量比呈正相关,而与阻尼比呈负相关。频率对模量比和阻尼比影响较大,随着频率的增大动应力、动弹性模量和模量比先增大后减小,阻尼比先减小后增大。研究成果为盐渍土场地动力分析计算,冻胀与融沉评价以及冻害防治提供了更为合理可靠的理论依据,可供我国高寒地区工程设计和施工参考。     

Nonlinear elastic behavior of fiber-reinforced soil under cyclic loading

Experimental investigations and modeling of nonlinear elasticity of fiber-reinforced soil under cyclic loading at small strain are conducted in this paper. The investigations include three aspects. First, cyclic shear tests are conducted using conventional triaxial apparatus. Twenty-seven specimens with three different fiber contents are employed to conduct triaxial cyclic shear tests under different confining pressure and loading repetition. Effects of geofiber, confining pressure and loading repetition on elastic shear modulus of reinforced soil are studied and analyzed. Second, a hyperbolic function is introduced to describe the nonlinear stress–strain skeletal curve under cyclic loading. Nonlinear elastic modulus is expressed as a function of shear strain and two variables A and B that are related to the initial tangential modulus and ultimate cyclic loading stress, respectively. In the present paper, variables A and B both are further assumed to be functions of geofiber content, confining pressure and loading repetition. Finally, eight constitutive coefficients of the nonlinear elastic model are calibrated using stress–strain curves from cyclic triaxial shear tests. The calibration of parameters is conducted using the technique of the linear regression for multiple variables. Impacts and effects of geofiber, confining pressure and loading repetitions on soil nonlinear elastic behavior are discussed.     

土体动剪切模量及其衰减特性现场试验研究

如何获取土体动模量原位衰减曲线是研究天然土层在循环动荷载下的动变形特性课题中亟待解决的难题。为此,本文自制了一套地震动参数现场试验系统,依据动剪切模量原位测试原理获得了不同深度土体在小应变范围内的动模量原位衰减曲线。试验数据表明:当剪应变小于4×10^－5时,土体变形处于线性阶段;当剪应变大于4×10^－5时,土体归一化动剪切模量G/G_max衰减加快,以塑性变形为主。同时,当向土层施加的垂向静荷载越大,归一化动剪切模量值G/G_max与对数剪应变值logγ_d之间的关系会逐渐上移,但直线段斜率值不变。相关成果可为试验场地的动模量取值提供一定参考。     

小应变硬化模型(HSS)在Rayleigh波作用下场地响应分析中的应用

为研究冲击荷载或地震作用下产生的,以Rayleigh波为主的面波对浅层地表土体动力响应特征以及数值模拟中土层阻尼的设置方法,以厦门地区浅层的素填土及粉质黏土为研究对象,采用有限元动力分析,土体本构采用小应变硬化模型(HSS),利用模型本身的滞回环特性,输入变化的小应变参数,考察HSS模型的小应变参数对场地动力响应的影响,并与土体采用摩尔-库伦模型结合Rayleigh阻尼("MC+Rayleigh阻尼")的计算结果进行对比。研究表明:当采用带有滞回环的HSS模型时,波速随初始剪切模量Gref0的增大而增大,但振幅减小,残余变形量也有所减小;小应变参数γ0.7对波的影响较小;HSS模型能够给出残余变形量,而"MC+Rayleigh阻尼"由于本构模型为理想弹塑性模型,在卸载重加载条件下表现为纯弹性行为,无法反映出卸载重加载过程中塑性应变的积累及其累积阻尼效应;但HSS模型还不能够全面反映循环加载作用下塑性体积应变的累积,因此在考虑滞回阻尼的基础上,仍然建议借助Rayleigh阻尼来更加全面地模拟土体的实际阻尼特性。     

土的动剪切模量、阻尼比和泊松比研究进展

介绍了现场测试与实验室测试土的最大动剪切模量的差别、动剪切模量和阻尼比与剪应变关系的表达式及其地区经验成果、固结比对最大动剪切模量影响、动泊松比研究、实验误差及其对地震动的影响等方面的主要成果。提出应加强动泊松比研究,加强共振柱和动三轴试验土动力学参数统一的数学模型研究,加强土动力学参数在均等固结与非均等固结条件下关系研究,加强土动力学参数与土的常规物理力学性质指标关系研究和土动力学参数实验误差研究。     

土遗址土动力特性

通过动三轴试验和数值计算,分析甘肃河西地区原状、重塑土遗址土的动模量、阻尼比、抗剪强度和土遗址在破坏地震作用下的动力响应。结果表明：弹性范围内,原状和重塑土遗址土动应力σ_d和动应变ε_d呈非线性关系且符合双曲线模型,动弹性模量E随ε_d的增大而减小,二者初始动弹性模量E₀和剪模比G/G₀差别很小,剪模比曲线基本重合;剪应变γ取值范围相同时,重塑土阻尼比λ随着γ的增大趋势高于原状土;相同实验条件下,原状土遗址土内聚力略高于重塑土。夯实加固法一定程度上恢复了土遗址强度,但当破坏地震来临时,其整体的抗震性能还有待加强     

考虑刚度劣化的剪切带-围岩系统稳定性分析

峰后的刚度劣化现象（渐进损伤）在多种煤、岩石、混凝土、土和砂子的循环加载实验中已被观察到。本文考虑了剪切带及带外弹性体的不同的刚度劣化现象,推导了剪切带（断层）-弹性围岩系统在直剪条件下的应力-变形曲线。剪切带的刚度劣化不改变剪切带的总变形,但使剪切带的弹性变形增加、塑性变形降低。考虑弹性体的刚度劣化现象之后,系统的峰后应力-变形曲线呈现非线性特征,这不同于过去忽略刚度劣化现象的结果。在应变软化过程中,剪切带之外弹性体的刚度劣化,使系统的峰后响应由负斜率（Ⅰ类行为）变为正斜率（Ⅱ类变形行为）。较高的弹性体尺寸、较高的脆性、较小的内部长度、较低的围岩初始弹性模量、较高的抗剪强度、较低的残余剪切应力及较高的残余剪切弹性模量,使系统的峰后响应变得陡峭,甚至发生Ⅱ类行为,使系统的失稳（岩爆、冲击地压、采矿诱发地震或矿震）易于发生。     

岩石嵌固掏挖基础抗拔承载特性及其影响因素研究

岩石嵌固掏挖基础目前已经广泛应用于电力基础工程中。原状土由于受扰动较小,胶结性强,具有良好的抗剪强度,对掏挖基础抗拔承载力具有重要影响,因此研究原状土参数变化对基础上拔承载性能的影响规律具有重要意义。结合现场试验,建立数值模型,研究土体黏聚力、内摩擦角、弹性模量对基础上拔承载性能的影响规律。研究表明:土体内摩擦角和黏聚力对基础抗拔承载力具有较大影响,而弹性模量影响程度较低;参数的变化对土体塑性区发展规律影响较小。     

地质体材料剪切带内部的常剪切应变点及速度分布分析

对于峰后线性应变软化的地质体材料,剪切带内部的总剪切应变等于弹性剪切应变（由经典弹性理论描述）及由微结构效应而引起的局部塑性剪切应变（由非局部理论或梯度塑性理论描述）之和。若剪切应力-塑性剪切应变曲线的斜率的绝对值（称之为软化模董）小于剪切弹性模量的两倍,则在剪切带的任一剖面内存在两个总剪切应变不依赖于剪切应力的点,称之为常剪切应变点。在这两个点上,弹性剪切应变的降低和局部塑性剪切应变的增加处于平衡状态,总剪切速度达到它的最大值或最小值。在两个常剪切应变点之间,局部总速度随剪切应力率的降低而增加。剪切带内部的局部总速度分布是非线性的,这与通常采用的剪切带内部速度的线性分布假定（忽略微结构效应）不同。