武汉砂土动剪切模量与阻尼比的试验研究

以武汉地铁4号线二期工程越江段饱和砂土为研究对象,通过室内GDS动力三轴试验,较为系统地研究了在单向循环荷载作用下砂土的动剪切模量和阻尼比规律特性及其影响因素。试验结果表明:动剪切模量、阻尼比与动剪应变的关系可以用Hardin-Drnevich双曲线模型进行描述;动剪切模量随动应变的增大而减小,随围压和固结比的增大而增大,而阻尼比的变化规律与动剪切模量相反。从而为工程建筑物的抗震设计提供了重要依据。     

豫东平原粉质黏土动剪切模量与阻尼比试验研究

粉质黏土动剪切模量和阻尼比是建筑场地动力稳定性评价的重要动力参数。为分析豫东平原粉质黏土的动力特性,利用双向振动三轴仪试验系统,对取自豫东平原地区的粉质黏土进行动三轴试验,研究粉质黏土状态及固结压力对动剪切模量和阻尼比的影响。研究发现:可塑粉质黏土(PSC)与软塑粉质黏土(SSC)的动力特性存在相近的变化趋势,动剪切模量比随剪应变的增大而减小,阻尼比随剪应变的增大而增大;在同一应变水平下,SSC的动剪切模量比随固结压力的增大而增大、PSC的阻尼比随固结压力的增大而增大;在相同试验条件下,PSC的最大动剪切模量大于SSC的最大动剪切模量;在剪应变小于0.01%时两者动剪切模量快速衰减,剪应变达到0.03%时两者动剪切模量趋于一致。根据现有的粉质黏土动剪切模量与阻尼比研究成果,结合试验数据,提出粉质黏土动剪切模量比、阻尼比随剪应变变化的数学模型,为豫东平原粉质黏土场地工程建设中的动力稳定性评价提供依据。     

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。     

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。     

重塑湖相软黏土动力特性试验研究

为研究重塑湿地湖泊相软黏土的动力特性,文中利用GZZ-50B型共振柱试验机来测得湖相软黏土的动剪切模量和阻尼比,并利用Davidenkov模型对湖相软黏土的动力特性参数进行拟合,得到了最大动剪切模量G_max、G/G_max-γ和λ-γ试验曲线及动力本构模型拟合参数。通过对比分析可知:含水率和围压对湖相软黏土的最大动剪切模量影响较大,含水率相同时,最大动剪切模量G_max随围压的增大而增大;围压相同时,G_max随含水率的增大而减小。重塑湖相软黏土动力特性曲线存在一个分界点,当动剪应变小于该分界点时,动剪切模量比呈线性缓慢的下降,而阻尼比则呈现线性缓慢的增长;当剪应变大于分界点后,动剪切模量比下降和阻尼比增长的速率开始大幅加快,并表现为非线性变化趋势。试验分析处理得到的动力本构模型曲线及拟合参数可以为实际工程建设提供参考。     

南京细砂动剪切模量和阻尼比的试验研究

动剪切模量和阻尼比是重大工程开展场地地震反应分析必不可少的参数。完成了南京细砂的自振柱和动三轴试验,研究了固结围压、孔隙比、含水量和荷载频率对动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明:固结围压和孔隙比对最大动剪切模量的影响显著,建立了最大剪切模量与固结围压、孔隙比之间的经验关系,最大剪切模量随细砂中含水量的增加而减小并趋于稳定;固结围压对动剪切模量比具有一定影响,其他3个因素对动剪切模量比和阻尼比的影响不明显;排水条件下泊松比随剪应变幅值的增大而增大,剪应变幅值在1.0×10-4~1.0×10-3范围时,泊松比增大的趋势更加明显;采用自振柱和动三轴试验测试得到的动剪切模量比和阻尼比基本一致。     

山西黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

土的动剪切模量与阻尼比作为土动力特性研究的重要参数,一直备受关注。为了研究山西地区黄土的动力特性,对山西某土石坝坝基黄土进行了共振柱与动三轴试验,获得了在较大应变范围内的动剪切模量与阻尼比试验数据。试验结果表明,山西黄土动剪切模量与阻尼比均显著受初始含水率影响,其归一化的动剪切模量能够用修正的Hardin模型进行拟合,并给出了相关参数;阻尼比可以采用本文建议的公式进行拟合,拟合效果良好。最后,采用经验公式确定了不同围压下的最大动剪切模量的参数。     

对UE土体动力本构模型的修正

动力本构模型UE模型具有可以描述非对称循环荷载、记忆量小、模型参数物理意义明确、表达式简单等优点。但其描述等幅循环荷载作用下的土体滞回圈时,存在非对称性,并且无法较好地拟合土体动阻尼比随应变产生的变化规律。通过在UE模型的骨架曲线中引入两个瞬变参数,利用“massing二倍法”构造滞回曲线,使模型同时满足各个应变下的剪切模量及阻尼比,确定瞬变参数的表达式,将瞬变参数表达式带入滞回曲线方程中,即得到最终的滞回曲线表达式,并定义各个滞回圈顶点的连线为此修正模型的实际骨架曲线。分析结果表明,该修正模型能够克服UE模型存在的不足,且更符合实际。     

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。     

河北承德黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

为研究河北承德黄土的动力学特性,开展了该地区路基土的室内动三轴试验,得出了承德黄土动剪切模量和动阻尼比的变化规律。结果表明:动剪切模量随干密度的增加和含水率的降低而增大,干密度越大,最大动剪切模量随含水率增加而降低的幅度越大;含水率越高,最大动剪切模量随干密度增加而增大的幅度越小。阻尼比随动剪应变增加而增大,可用本文推荐的公式进行拟合,拟合效果良好。相同条件下,承德黄土的最大动剪切模量远小于中西部地区,阻尼比增长速率大于中西部地区。     

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。     

不同含水率下滑坡滑带土动力特性试验研究

甘肃舟曲泄流坡滑坡地处活跃断层破裂带内,断层活动控制着该滑坡的发育和运动。为了研究该滑坡滑带土的动力特性,采用重塑滑带土样,在固结不排水条件下,利用分级循环加载法开展动三轴试验,重点探讨含水率的变化对滑带土动力特性的影响规律。试验结果表明:含水率一定时,泄流坡滑坡滑带土的动弹性模量随动应变的增大呈指数形式减小;动应变一定时,动弹性模量随含水率的增大而不断减小,且衰减速率随含水率的增大而增大;含水率并不影响动弹性模量-动应变关系曲线的形态,不同含水率下该关系曲线可以进行归一化。滑带土阻尼比随含水率的增大而增大,阻尼比-动应变关系曲线也具有归一化特征。不同含水率下泄流坡滑带土动应力-应变本构关系可以用双曲线模型进行描述。     

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。     

Dynamic shear modulus and damping ratio of frozen compacted sand subjected to freeze–thaw cycle under multi-stage cyclic loading

Frozen soil plays an important role on the stability of railway and highway subgrade in cold regions. However, the dynamic properties of frozen soil subjected to the freeze–thaw cycles have rarely been investigated. In this study, cryogenic cyclic triaxial tests were conducted on frozen compacted sand from Nehe, Heilongjiang Province in China which was subjected to the closed-system freeze–thaw cycles. A modified Hardin hyperbolic model was suggested to describe the backbone curves. Then, dynamic shear modulus and damping ratio versus cyclic shear strain were analyzed under the different freeze–thaw cycles, temperatures, initial water contents, loading frequencies and confining pressures. The results indicate that the freeze–thaw process plays a significant effect on the dynamic shear modulus and damping ratio, which slightly change after one freeze–thaw cycle. Dynamic shear modulus increases with increasing initial water content, temperature, loading frequency and confining pressure. Damping ratio increases with increasing initial water content, while decreases with increasing temperature and loading frequency. The effect of confining pressure on the damping ratio was found not significant. Furthermore, the empirical expressions were formulated to estimate dynamic shear modulus and damping ratio of the frozen compacted sand. The results provide guidelines for evaluating the infrastructures in cold regions.     

铜川新区黄土与古土壤动剪切模量比和阻尼比的统计研究

利用铜川市地震小区划项目的大量典型土样动三轴试验结果,采用双曲线模型拟合得到了铜川新区黄土和古土壤在8个典型应变下的动剪切模量比和阻尼比值。根据不同沉积年代和不同土层深度2种方法对黄土、古土壤动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化情况进行了统计和对比分析。研究发现:同一剪应变下,黄土、古土壤动剪切模量比随沉积年代和土层深度的增加而增加。二者对黄土动剪切模量比的影响较为显著。     

贵阳地区红黏土动力参数计算模型研究

利用室内SDT-20动三轴试验机对贵阳原状红黏土进行循环荷载作用下动力特性试验,探究不同围压、固结应力比和振动频率对红黏土动力学参数的影响,结合实验数据及参数模型拟合贵阳红黏土动应力应变关系、动弹性模量及阻尼比经验公式,结果表明：贵阳红黏土动本构关系仍符合H-D双曲线增长模型,动弹性模量随动应变增长非线性衰减,阻尼比随动应变增长非线性增加。围压及固结应力比对红黏土动力学参数具有显著影响,围压及固结应力比增大,动变形减小,动弹性模量增加,阻尼比降低,同等条件下,提高振动频率,动力学参数显示出与围压及固结应力比相同规律,但不显著。基于H-D模型,给出了贵阳原状红黏土双曲线模型参数,通过多元回归分析,拟合并提出针对贵阳红黏土的在不同试验条件下动弹性模量衰减及阻尼比经验公式,给出相应的拟合参数。     

Experimental study on the dynamic modulus of compacted loess under bidirectional dynamic load

The dynamic characteristics of compacted loess are of great significance to the seismic construction of the Loess Plateau area in Northwest China, where earthquakes frequently occur. To study the change in the dynamic modulus of the foundation soil under the combined action of vertical and horizontal earthquakes, a hollow cylindrical torsion shear instrument capable of vibrating in four directions was used to perform two-way coupling of compression and torsion of Xi'an compacted loess under different dry density and deviator stress ratios. The results show that increasing the dry density can improve the initial dynamic compression modulus and initial dynamic shear modulus of compacted loess. With an increase in the deviator stress ratio, the initial dynamic compression modulus increases, to a certain extent, but the initial dynamic shear modulus decreases slightly. The dynamic modulus gradually decreases with the development of dynamic strain and tends to be stable, and the dynamic modulus that reaches the same strain increases with an increasing dry density. At the initial stage of dynamic loading, the attenuation of the dynamic shear modulus with the strain development is faster than that of the dynamic compression modulus. Compared with previous research results, it is determined that the dynamic modulus of loess under bidirectional dynamic loading is lower and the attenuation rate is faster than that under single-direction dynamic loading. The deviator stress ratio has a more obvious effect on the dynamic compression modulus. The increase in the deviator stress ratio can increase the dynamic compression modulus, to a certain extent. However, the deviator stress ratio has almost no effect on the dynamic shear modulus, and can therefore be ignored.     

Liquefaction potential and strain dependent dynamic properties of Kasai River sand

The availability of efficient numerical techniques and high speed computation facilities for carrying out the nonlinear dynamic analysis of soil-structure interaction problems and the analysis of ground response due to earthquake loading increase the demand for proper estimation of dynamic properties of soil at small strain as well as at large strain levels. Accurate evaluation of strain dependent dynamic properties of soil such as shear modulus and damping characteristics along with the liquefaction potential are the most important criteria for the assessments of geotechnical problems involving dynamic loading. In this paper the results of resonant column tests and undrained cyclic triaxial tests are presented for Kasai River sand. A new correlation for dynamic shear damping (D_s) and maximum dynamic shear modulus (G_max) are proposed for the sand at small strain. The proposed relationships and the observed experimental data match quite well. The proposed relationships are also compared with the published relationships for other sands. The liquefaction potential of the sand is estimated at different relative densities and the damping characteristics at large strain level is also reported. An attempt has been made to correlate the G_max with the cyclic strength of the soil and also with the deviator stress (at 1% strain) from static triaxial tests.