杭州湾粉质土液化后强度及变形特性试验研究

海洋粉质土因沉积环境的差异,在动应力作用下的液化特性与陆上粉土略有不同。以杭州湾原状粉质土为研究对象,进行特别设计的动三轴液化试验,研究粉质土液化后的强度和变形特性。研究表明:杭州湾粉质土液化后的应力-应变关系相似,应变与砂性土的变化规律相似,可分为低强度段和强度恢复段两阶段,振动频率、围压和前期最大轴向应变对液化后应力-应变都有影响。提出粉质土液化后二阶段本构模型能较好地反映粉质土液化后的应力-应变关系。     

砾性土剪切波速影响因素试验研究

剪切波速被认为是砾性土液化判别的有效指标,为探究砾性土剪切波速的影响因素,设计四因素三水准试验,利用GDS大型三轴-剪切波速设备研究含砾量、相对密度、固结应力和应力比等因素对砾性土剪切波速的影响。试验结果表明:砾性土的剪切波速与前述因素都有较好的相关性;当含砾量、相对密度、固结应力、应力比等增大,砾性土的剪切波速也随之增大;四个因素对砾性土剪切波速的影响程度与模式存在差异,其中固结应力是最为显著的影响因素。     

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。     

波动理论基础知识及其在地震工程中的初步应用（续）

2.5 土的动力应力应变关系土壤是固体骨架、液体和气体三相介质构成的复杂体系。它的应力应变关系随土的类型(如粘土或砂土)、组成(矿物成分、级配和空隙率等)、环境(埋深、地下水位和排水条件等)以及地震波等外力作用的强弱而变化。由此可知,土的应力应变关系是极为复杂多样的。虽然对此已进行了大量的实验与理论研究,问题仍远未圆满解决。本节将从土层地震反应分析的需要出发,对土体的动力应力应变关系的有关研究工作加以归纳,着重介绍基本概念和处理这一问题的思路。     

波浪荷载作用下软黏土软化模型研究

波浪荷载能引起海床土体的主应力轴连续旋转。不同于地震、交通等循环荷载,在周期性波浪荷载作用的土体应力路径方式下,软黏土的软化效用更为明显。本文分别对天然和扰动的海床土体在波浪荷载作用下的应力响应进行模拟,并分析应力路径的特点;为描述软化后的应力-应变关系,将软化效用和累积塑性应变的参数引入到能够反应土体动力非线性的Hardin-Drnevich模型中,建立修正模型,使之能够反应软黏土体软化与塑性应变累计特性;通过与模拟波浪荷载下土体应力特征的循环耦合试验结果进行对比分析,验证该修正模型的可靠性。     

原状软粘土各向异性及其对工程影响研究

利用空心圆柱扭剪仪(HCA),通过设置不同的应力路径对杭州原状软粘土进行了系列试验,研究了原状软粘土的应力-应变-强度各向异性。通过试验研究发现原状软粘土的强度、变形模量等特性都存在强烈的各向异性,且在应力水平较低时(q=5 kPa),主应力轴旋转条件下土体应力应变的特性主要体现了原生各向异性的影响,应力引起的次生各向异性对其影响很小。结合路堤填筑问题的分析发现,存在主应力轴显著旋转的实际工程问题,由于原状软粘土应力-应变-强度各向异性的存在,采用常规的不考虑主应力轴旋转(土体各向异性)影响的设计方法可能偏于不安全。     

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。     

P_5含量对滑坡体砾质土的力学性质影响试验研究

粗粒含量对滑坡体砾质土的力学性质具有重要意义。针对乌东德水电站金坪子滑坡体砾质土拟合了5条不同P5含量的试验级配,分别进行饱和状态与非饱和状态的固结排水剪切试验。试验表明,两种试验条件下的变形参数和强度参数均较高,变形参数k值与kb总体上随P5含量的增大而增大;P5含量越高粗颗粒的骨架作用越强,试样的模量越大。砾质土饱和状态的内摩擦角和变形参数低于非饱和状态,说明试样浸水饱和会使强度模量降低,降雨将降低滑坡体的稳定性。     

循环荷载作用下红黏土累积变形研究

通过GDS动三轴设备对赣南红黏土进行了一系列排水条件下的大次数循环试验,研究不同循环应力比、固结应力比及围压对赣南红黏土累积变形特性的影响。结果表明：在不同固结应力比、固结压力和循环应力比条件下,红黏土的累积应变都呈现出先迅速累积,后增长变缓,最终稳定的趋势;在一定的循环次数之后,不同初始固结应力和不同初始应力比条件下累积应变与循环次数之间的变形规律呈现为线性关系,且初始固结应力和初始固结应力比越小,其线性相关性越好;不同循环应力比下赣南红黏土的平均累积应变速率与循环次数之间也呈现出明显的线性关系。此外,基于以上关系建立了赣南红黏土在长期循环荷载作用下的累积变形预测模型,并通过对比验证了该模型的可行性。     

地铁列车荷载作用下黏弹性地基动应力特征分析

基于Kelvin空间半无限体黏弹性解,以单个轮轴荷载为例,研究地铁列车荷载下地基土动应力状态、应力路径及主应力轴旋转等应力变化规律,并与相应弹性解下的各动应力特征进行对比分析,探讨更适用于工程实际的地基附加动应力特征解。结果表明:弹性地基与黏弹性地基中的各应力状态变化总体趋势、主应力轴旋转变化趋势相同,但极限应力状态各应力分量大小及应力路径形状有明显差别,考虑黏弹性解更符合软土区地铁长期变形实际工况;并对单轮荷载下动应力特征的黏弹性解进行参数分析,发现特征系数对应力分量影响具有不同特性。     

循环荷载下南京片状细砂的动应力——应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力一应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量Gsec和最大割线模量Gmax的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。     

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。     

双向动荷载下重塑红黏土动变形特性研究

利用SDT-20型三轴仪探究双向动荷载下红黏土动变形特性。结果表明:相位差为0其他条件相同时红黏土动剪切模量随径向动荷载幅值增加而减小;双向动荷载下红黏土动剪应变与振动次数近似呈指数型关系增长,并存在一个临界循环次数;随含水率升高和固结应力增大,重塑红黏土破坏模式由受拉破坏变为受压破坏;径向动荷载幅值的增加使重塑红黏土更容易发生受拉破坏;双向动荷载下阻尼比随动剪应变增加无明显规律,动剪应变小于1%时阻尼比的变化无规律,动剪应变大于1%时随动剪应变增加阻尼比处于稳定平衡阶段。含水率对阻尼比变化规律有明显影响,含水率小于20%时阻尼比随含水率增大而增大,含水率大于20%时其对阻尼比影响可以忽略。     

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.     

超深厚覆盖层中深埋细粒土地震残余变形特性振动三轴试验研究

土石坝(超)深厚覆盖层地基中的深埋细粒土抗地震残余变形能力较差,尤其是在土层厚度较大时,覆盖层地基连同坝体在强震作用下可能会产生较大的地震沉陷。针对我国西部某大型土石坝工程,对超深厚覆盖层地基中深埋粉砂层土的地震残余变形特性进行三轴试验研究。研究表明:试验土料级配曲线与相应土层各钻孔平均级配曲线很接近,试验土料的颗粒级配对实际土层的颗粒组成特性具有代表性;试验土料的地震残余变形特性主要受土体密度、固结条件和围压力条件等控制,尤其是固结比对土体地震残余变形特性影响较大;各因素对土体残余体积变形特性和轴向变形特性的影响规律有所差异。     

Stress-strain transformations and liquefaction of sands

Presented in this paper are the results of the laboratory tests of sands performed for the purpose of defining the characteristics of the dynamic shear stress-shear strain relationships. For this purpose, the transformation of the initial stress-strain characteristics of undrained saturated sands was investigated separately. These transformations take place under conditions of an increase in pore pressure under the effect of sufficiently intensive dynamic excitations. The process of occurrence and development of liquefaction was investigated simultaneously. The obtained results show that the transformation of the stress-strain relationships leads to intensive reduction in the initial dynamic characteristics of sands. At the moment of occurrence of initial liquefaction, for the selected strain, shear moduli are considerably reduced in respect to their initial values. These parameters tend to be further reduced in the phase of post-initial liquefaction. It is concluded that the process of liquefaction of sands can be completely defined through the transformation of the stress-strain relationships.     

汶川大地震中土坝破坏程度与坝体几何形状的关系分析

调查、搜集和研究了汶川地震中被评定为高危以上险情的147座小型水库土坝的地震破坏情况,给出了高危以上险情土坝的地震破坏程度划分为中等破坏、严重破坏和极严重破坏三个等级的原则和标准,以及土坝的地震破坏程度与地震烈度、土坝的宽高比、上游坡比、坝高的经验关系表,可发现:土坝的几何形状对其破坏程度起着重要的作用;对于6～8度地震烈度区,土坝的宽高比越小,或上游坡比越小,或坝体越高,则土坝的破坏程度越严重;对于9度以上地震烈度区,土坝通常发生极严重破坏。依据高危以上险情土坝的地震反应分析结果,给出了土坝地震破坏程度与土坝宽高比、坝高、土坝上游坡比及坝顶加速度放大系数、坝体最大动剪应力的经验关系曲线,发现在相同的地震烈度水平下,土坝的宽高比越小,或上游坡比越小,或坝高越大,且坝顶加速度放大系数越大或坝体最大动剪应力越大,则其地震破坏程度越严重;坝体最大动剪应力超过30kPa的土坝,通常发生严重或极严重破坏,坝体最大动剪应力大于100kPa的土坝,通常发生极严重破坏;土坝离发震断层越远,则其坝顶加速度放大系数越大。本文给出的高危以上险情土坝的地震破坏程度与坝体几何形状的经验关系,可为今后土坝抗震设计提供参考依据。     

小应变硬化土模型参数的确定与敏感性分析

地下工程施工引起的土体扰动区可分为剧烈扰动区、扰动区、微扰动区和未扰动区。为全面反映土体在扰动下的应力路径和力学响应,必须考虑全应变范围的土体特性,尤其是小应变范围内的力学响应,因此对小应变硬化土本构模型关键参数(初始剪切模量和剪应变阀值)的确定方法进行介绍。开展上海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究,给出确定上海软土小应变硬化土模型(HSSmall)参数的方法,建议采用原位测试的方法确定土体的初始弹性模量。基于土单元数值模拟进行初始弹性模量和剪应变阀值的参数敏感性分析。随着初始弹性模量的增大,初始压缩曲线与卸载-再压缩曲线的斜率均增大。由于对应的回弹模量不变,初始弹性模量与回弹模量的差值增大,应变与偏应力试验曲线的回滞环宽度也随之增大。随着剪应变阀值的增大,初始压缩曲线和再压缩曲线的近似直线段增长,在同样剪应力情况下,土体的应变值减小,土体保持初始弹性模量刚度的区间增大。     

基于双曲正切函数的土动力非线性本构模型

基于双曲正切函数,构造了一种新的土动力非线性本构模型。该模型从双曲正切函数出发,通过平移和缩放构造了土动力应力应变关系的骨架曲线和卸载、反向加载的滞回曲线。相对于其他模型而言,这种新的数学模型参数较少,物理概念明确,形式简单,更利于编程实现,加卸载应力应变关系曲线只需要记忆加卸载转折点处的应力和应变值。将该数学模型应用于场地地震反应分析中,并与常用的等效线性化方法的地震反应结果进行比较,结果初步证明了该本构模型的可行性。