俄罗斯伊尔库茨克地区黄土动力特性实验研究

利用动三轴实验系统,对俄罗斯伊尔库茨克地区黄土的动力特性进行了研究。获得了该地区黄土的动力特性参数。分析结果表明,该地区黄土的动应力－应变关系符合双曲线模型;动剪模比与剪应变关系曲线具有良好的归一化特性;影响该地区黄土震陷的主要因素是含水量。     

黄土动力特性的进一步研究

本文通过实验及对资料的深入分析,进一步研究了西北地区黄土的动力特性。结果表明,典型黄土(如Q_3和新近堆积的Q_4黄土)具有比较特殊的地震工程性质——震陷性,振动开始时震陷量较大;在地震作用下湿型黄土的强度降低,有的甚至会发生液化。     

加筋黄土的动力特性研究

以西安市临潼区骊山山前断裂带区域为研究背景,对区域内黄土进行纤维加筋处理。基于正交试验方法设计试验方案,开展加筋土动三轴试验,探讨纤维加筋黄土的动弹性模量差异性,对比分析动弹性模量的影响因素。对正交试验数据结果进行极差分析得出,纤维长度、纤维含量和土体饱和度是影响纤维加筋黄土动弹性模量的三大因素,且三者对其的影响大小顺序为土体饱和度,纤维长度,纤维含量;方差分析得出土体饱和度对玻璃纤维和聚丙烯纤维加筋黄土的显著水平分别是0.035、0.058,土体饱和度对纤维加筋黄土的动弹性模量影响显著,玻璃纤维加筋土和聚丙烯纤维加筋土的优水平均为0.6%的纤维含量、50%土体饱和度、12 mm的纤维长度。研究结果表明,玻璃纤维加筋黄土和聚丙烯纤维加筋黄土的动弹性模量约为无纤维黄土的1.5倍。纤维长度对加筋土动弹性模量的影响呈正相关。玻璃纤维加筋土和聚丙烯纤维加筋土的动弹性模量随纤维含量的变化趋势几乎一致,为先增长后降低。黄土进行纤维加筋处理有助于提升断裂带区域黄土强度,保障断裂带区域工程基础安全建设和运行。     

粉煤灰改良饱和黄土动力特性研究

以资源循环再利用与提高饱和黄土地基抗震性能为目的,通过对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土进行动弹性模量-阻尼比试验,研究了动荷载作用下粉煤灰掺量对饱和改良黄土动骨干曲线的影响,同时对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土初始动弹性模量、最大动应力幅值、动弹性模量与阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:饱和压实素土与不同掺量粉煤灰改良饱和黄土动骨干曲线均可用双曲线模型进行描述,模型参数受粉煤灰掺量影响较大;粉煤灰的掺入可有效改善饱和黄土地基抗震性能,随粉煤灰掺量增加,不同掺量饱和改良黄土动弹性模量与阻尼比分别总体呈增大与减小趋势;考虑粉煤灰改良饱和黄土抗震性能与经济成本,提出了饱和改良黄土最佳粉煤灰掺量为20%~25%;并基于回归分析,给出了饱和改良黄土动弹性模量衰减经验公式与阻尼比增长经验公式及其拟合参数。     

黄土动力特性参数的相关性分析

阐述了黄土的动强度与液化、震陷性与动变形、动应力与动应变关系等基本动力学特性及其影响因素。基于黄土地区部分黄土动力学性质的试验结果,运用最小二乘法原理进行了相关性分析,揭示了黄土的动力学参数指标(骨干曲线初始切线模量,骨干曲线渐进线截距,最大动阻尼比)和湿陷性指标(湿陷系数)与黄土的物性指标(塑性指数、孔隙比、含水量)和固结围压之间的相关关系,建立了黄土动力学参数与物理力学指标之间线性关系的系数,为黄土工程的动力反应与稳定性分析提供了研究基础。     

黄土的动力损伤耗能机制和变形特性的研究

为探明动荷加载过程中黄土结构损伤的耗能机制及其对变形特性的影响规律,针对原状Q3黄土,开展了一系列固结比=1.5、含水量=15%、18%、21%、24%和围压=50、100、200、300 k Pa试验条件下等幅循环加载的动三轴试验。通过引入能量耗散比定义的损伤变量,研究了结构性土动力损伤的耗能机制,分析了结构性黄土动力损伤对动模量、阻尼比和动残余变形模量的影响变化规律。研究表明:初始结构性和应力状态相同的同一种结构性土的动力损伤的破坏耗能与动荷载无关;不同固结应力水平下,动模量和阻尼比随结构损伤累积呈现出不同的变化规律,但最终都会趋于土破坏状态的某一稳定值;动残余变形模量随结构损伤累积呈单调递减关系,低围压条件下的递减幅度逐渐趋缓,高围压条件下则全程较缓;动残余变形模量与损伤变量之间的变化关系可用二次函数拟合,拟合结果与实验结果具有很好的一致性。     

应力、应变控制下压实黄土动力特性研究

基于动三轴试验研究了不同围压条件下,加载控制方式对压实黄土动应力应变关系的影响规律,对比了不同控制方式下压实黄土的动应力应变时程曲线的差异。研究表明:压实黄土的动应力应变关系符合双曲线模型;加载控制方式不会改变压实黄土骨干曲线的类型,但会显著影响拟合参数的大小。相同围压下,采用应变控制测定的初始动模量较小;随着围压的增大,应变控制下初始动模量随围压的增长速率反而越小,二者之间的差距越来越大。应力控制和应变控制加载过程中,动模量在某一振级下随着动循环次数的增加而逐渐衰减,且应力控制方式下衰减的幅度较大。对于土体结构受力较为敏感的原状土,使用应变控制加载方式可能会获得更为准确的试验结果。     

固原重塑黄土动力特性共振柱试验研究

利用GCTS共振柱测试仪研究了干密度和固结压力对固原黄土重塑土动剪切模量和阻尼比的影响及试验数据误差的基本规律。通过设计不同工况的试验条件,对比分析结果表明:相同含水率条件下,最大动剪切模量G_(dmax)随固结压力和干密度的增大而增大。相同干密度条件下,黄土的动剪切模量比随围压的增大而增大;阻尼比随围压的增大而减小;相同围压条件下,黄土动剪切模量比随干密度的增大而增大,阻尼比随干密度的增大而减小;不同剪应变特征点的动剪切模量比和阻尼比试验数据呈现一定的离散性,且离散程度阻尼比明显高于动剪切模量比。研究成果可为该地区场地地震反应分析及工程建设提供基础资料。     

重复循环荷载作用下原状黄土动力特性试验研究

为探究重复循环荷载作用下含水率、固结压力对原状黄土动力特性、变形性状的影响规律,利用英国GDS双向动态三轴试验系统模拟交通荷载,对海东地区原状黄土进行动三轴试验研究。试验结果表明：单一重复循环动荷载作用下,在加载初期,海东地区原状黄土的轴向动应变随着循环次数的增大急剧增加,后期缓慢增加至趋于稳定,即发生应变硬化现象。在加载初期,含水率、固结压力对原状黄土的轴向动应变无明显影响,当循环次数N>400时,原状黄土的轴向动应变随含水率的升高而增加,随固结压力的增大而减小。动剪切模量随循环次数的增加出现先减小后增加再减小的变化,随含水率的升高有较大幅度的降低。动阻尼比随循环次数的增加先增加后减小,随含水率的升高而增大。表明海东地区原状黄土所具有的大孔隙架空结构使其在重复循环荷载作用下易发生振动变形。     

车辆荷载作用下山西路基重塑黄土的动力特性研究

针对车辆荷载对山西高速公路路基土体影响研究不足的现状,从试验角度出发,研究车辆荷载水平、波形、干密度和围压对路基土体的动力特性响应。研究表明:路基土体的体变随波形比的增大而增大,随车辆荷载的增大而增大;路基土体的动弹性模量随干密度的增大而增大,随围压的增大而增大,阻尼比随围压的增大而减小。     

兰州黄土场地地震动参数量化研究

为了进一步了解土体性质(Q3和Q4黄土)和土层厚度对黄土场地地震动效应的定量影响规律,利用等效线性化波动分析方法,在总结了兰州地区不同年代黄土波速值随土层变化的基础上,结合具体的黄土动力学参数及现场波速测试成果,开展黄土场地在不同性质黄土覆盖条件下地表峰值加速度PGA和黄土场地特征周期Ts等指标变化特征的场地地震反应计算。本文在考虑50年超越概率分别为63%,10%,2%的兰州人造地震波荷载作用下,探讨了不同性质黄土覆盖层的影响,并进一步建立了不同条件下黄土场地地震动反应谱特征周期计算公式。研究结果表明:黄土的性质和厚度对地表放大系数影响较大,随着土层厚度的增加,地表峰值加速度放大系数具有非线性的特点,整体上随土层厚度的增大而增大。在两种性质黄土覆盖条件下,反应谱特征周期变化规律相同,呈对数变化特点。随着土层厚度增大,反应谱特征周期不断增大,增长速率逐渐减小。     

兰州重塑黄土抗拉强度冻融特性与衰减模型研究———基于轴向压裂法

针对季节性冻土区黄土路堑边坡在冻融作用下发生剥落的病害问题,黄土抗拉强度的影响不可忽略.以兰州和平镇某人工路堑边坡重塑黄土为研究对象,着重探讨黄土抗拉强度冻融衰减特性.首先采用轴向压裂法测定不同含水量、不同干密度及不同冻融次数下的黄土抗拉强度,然后在黄土抗拉强度冻融衰减规律的基础上提出单因素抗拉强度冻融衰减模型,而后对含水量、干密度以及抗拉强度进行多元非线性回归分析,进而提出黄土多元抗拉强度冻融衰减模型.研究结果表明:黄土抗拉强度随冻融循环次数增加呈指数衰减规律,一般冻融3~5次后抗拉强度达到稳定值,初始含水量对黄土抗拉强度冻融衰减率的影响较大.多元抗拉强度衰减模型可对以含水量、干密度及冻融循环次数为变量的兰州黄土抗拉强度进行预测.     

黄土边坡动力响应分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立了某一黄土边坡三维模型,首先对其在地震作用下的动力响应规律进行了总结,然后探讨了地震动参数对黄土边坡动力响应的影响。结果表明：黄土边坡对地震波存在垂直放大和临空面放大作用;当输入地震波振幅或频率增加时,坡面监测点加速度放大系数随坡高增加呈＂增加→衰减→增加＂的三段形态;速度放大系数随坡高的增大而增大,并在坡顶达到最大值;位移放大系数随振幅和频率的增加而增加;地震持时对加速度、速度峰值的影响不大,但坡体位移随持时的增加而显著增加。强震作用下的最大剪应变增量区域的位置和形状表明,黄土边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳破坏。研究结果有助于进一步揭示黄土边坡在地震作用下的失稳机制,为黄土地区边坡抗震设计与防灾减灾提供参考。     

引洮供水总干渠增湿黄土隧洞的动力特性分析

为了得到增湿后黄土围岩隧洞在地震作用下的动力特性, 基于初始弹性模量和抗剪强度指标与含水量的关系, 采用时程分析法, 对增湿情况下的黄土围岩-隧洞结构进行地震动力分析. 数值计算结果表明: 随着含水量的增加, 隧洞衬砌各部位主应力绝对值减小, 自振圆频率减小, 自振周期相应增大; 与输入的地震加速度峰值相比, 当黄土隧洞围岩含水量小于临界含水量时, 隧洞顶部加速度峰值大于输入地震加速度峰值, 大于临界含水量时则出现相反的结果; 同一含水量下, 隧洞衬砌对称部位最大、 最小主应力交替出现, 使隧洞衬砌材料发生疲劳损伤, 是隧洞衬砌破坏的主要原因. 本文研究结果可以为在不同含水量情况下黄土围岩-隧洞结构的抗震分析提供参考.      

干密度对预剪应力下重塑黄土动力特性影响的试验研究

干密度是岩土工程建设中重要的控制指标.本文以不同干密度与不同初始平均主应力状态下重塑黄土为对象,通过进行主应力轴旋转(α0=45°)产生预剪应力条件下的动扭剪三轴试验研究,得出:干密度对预剪应力条件下重塑黄土动剪切模量的影响较小,而初始平均主应力对其有一定的影响;在其他条件相同时,动剪切模量与初始动剪切模量分别随干密度与初始平均主应力的增大而增大;阻尼比随动剪应变的增大先减小而后缓慢增大;干密度与初始平均主应力对重塑黄土阻尼比的影响不明显.     

黄土的钻孔剪切试验特性研究

为研究钻孔剪切试验在黄土中的应用效果,在西安东郊典型的Q₃黄土中进行不同首级法向应力和不同法向应力增量条件下钻孔剪切试验。试验结果表明,抗剪强度随法向应力增大呈曲线形式增大,存在某一临界法向应力值,超过该值后抗剪强度与法向应力之间呈良好的线性关系,能较好地符合摩尔-库仑强度准则,所测得的抗剪强度参数相差较小;在分级加载试验中,法向应力增量越小,达到同一法向应力时的抗剪强度越大;分别加载试验与分级加载剪切试验相比,在相同法向应力下测得的抗剪强度值偏小,随法向应力增大,偏离程度增大;当法向应力较小时,剪切齿难以压入硬土中,导致所测得的黏聚力偏小、内摩擦角偏大,为此建议开发适合不同软硬土质的剪切板,并增加法向位移观测系统,用于判断法向应力施加过程的齿尖压入孔壁情况。     

黄土斜坡动力响应特征分析

斜坡动力响应特征与斜坡形态密切相关,若入射地震波主频接近斜坡卓越频率就会放大斜坡动力响应,甚至造成斜坡失稳。汶川地震对远离震中的黄土地区造成了较为严重的破坏,局部场地震害和地震动放大效应显著。选取汶川地震典型黄土斜坡场地,利用地形台阵流动观测和数值模拟计算相结合的方法,系统开展强震动作用下黄土斜坡场地动力响应特征研究。结果表明:坡顶卓越频率最小,其PGA放大系数甚至达到坡底的1.98,这种现象可能与斜坡高差和入射波波长之比密切相关,比值0.2时坡顶放大效应达到最大。随斜坡坡度增加,放大效应增强,坡顶反应谱卓越周期放大系数可达5,说明斜坡地形对强震地面运动有显著影响。数值计算结果与实际强震观测基本吻合,其结果对黄土地区建设工程抗震设防具有重要的科学与实际意义。     

马兰黄土剪应力松弛特性研究

运用Riemann-Liouville的分数阶导数理论及经典模型理论相结合的方法,采用Abel黏壶取代在经典模型理论中的Newton黏壶,得出了分数阶标准线性体模型剪应力松弛的解析表达式。采用不同含水量马兰黄土在不同正压力条件下进行直接剪切松弛试验,并对得到的9组剪应力松弛曲线特征进行了研究。考虑到最小二乘法对分数阶标准线性体模型参数进行拟合无法获得确切的结果,采用Monte Carlo方法对试验结果拟合。拟合结果表明,马兰黄土的松弛特性可由分数阶标准线性体模型有效的表征。确定了马兰黄土的松弛时间和粘滞系数,揭示了马兰黄土在直接剪切试验条件下的松弛特性。     

兰州高坪湿陷性黄土地基处理方法分析

根据兰州地区3处大厚度高坪黄土的天然密度、含水量、土粒比重等物理性质指标沿深度变化的统计规律,分析了计算值-天然孔隙比随这些指标的变化规律,得出黄土天然孔隙比简化的计算公式。藉此分析强夯法、挤密桩法等地基处理方法的合理设计参数:对于强夯法,平均夯沉量可以作为初步设计参数和质量检测指标;对于挤密桩法,确定了加固深度和处理后的孔隙比,即可确定桩间距和桩径的比值。     

庆阳黄土冻融环境下的特性研究

为了解冻融作用对黄土湿陷性的作用效果,以Q3黄土为研究对象,采用增(减)湿法配制不同含水量黄土试样,测试黄土在无补水条件下受温度影响的冻融变形、压缩变形和湿陷变形;对原状黄土进行颗粒分析及基本物理力学参数试验。分析表明:(1)黄土是否产生冻胀取决于其含水量是否超过"临界冻胀含水量"。(2)冻融黄土与原状黄土相比压缩变形量较大,把部分浸水湿陷变形转化为压缩变形,冻融作用使黄土的湿陷性弱化。(3)冷冻黄土在相同温度下,含水量越大,湿陷系数越小;在同一含水量下,冻结温度愈低湿陷系数愈小。