频率对K_0固结饱和粘土动力特性影响的试验分析

通过循环三轴试验,研究了k0固结饱和粘土在0.5 Hz、0.1 Hz与0.01 Hz循环应力作用下,循环强度与土样破坏时最终累积孔压的变化。结果表明,当循环频率从0.1 Hz减少至0.01 Hz时,若循环应力作用下三轴土样发生应力反向,k0固结饱和粘土循环强度大约降低3%左右;若没有应力反向,且当循环破坏次数从10变化至1 000时,循环强度的降低不超过1%,若循环破坏次数大于1 000时,循环频率的改变对循环强度基本没有影响。对于有应力反向情况,循环频率减小将导致最终累积孔压比增加;对于无应力反向情况,循环频率改变对最终累积孔压比的影响并不显著。循环频率对最终累积孔压比的影响与其对循环强度的影响一致。     

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。     

循环荷载下饱和粘土强度等效计算探讨

饱和粘土在不排水循环荷载作用下强度会发生衰减,建立在粘土地基上的建筑物和填土道路在地震过程中有时会遭受破坏。本文在超固结粘土不排水强度计算的基础上,引入循环荷载作用损伤因子,提出循环荷载作用下饱和粘土强度计算方法以及参数的确定方法。同时,分析了循环荷载作用下再固结系数对粘土强度增长的影响。通过试验验证,所提出的方法是合理的。该方法为循环荷载作用下粘土地基的强度和稳定性预测提供有效的途径。     

一种测试动三轴试样泊松比的方法

利用非接触式位移传感器研制了一套测量动三轴试样径向变形的装置。针对试样两端透水石对试样径向变形的约束,推导了对实测径向变形的修正关系。利用径向与轴向变形测量装置,就可以依据实测动三轴试样的轴向与径向变形确定其泊松比。通过橡胶、饱和细砂、饱和软粘土试样固结不排水动三轴试验与结果分析,说明利用这里提出的方法可以比较客观地确定动三轴试样的泊松比。这里的研究结果还表明,固结后的饱和三轴土样在不排水条件下受振动应力作用时,当其轴向动应变从10-5增大至10-3时,泊松比的变化基本为一常数,且与固结压力的大小无关,将其取为接近0.5是合理的。     

饱和黄土液化标准的试验研究

根据饱和黄土在动荷载振动作用下的试验结果提出了以黄土的3%应变为主要考虑因素的液化破坏标准。试验表明:在固结不排水的动三轴试验中,黄土结构连接强度随循环次数的增加而逐渐丧失,体积收缩,在不排水条件下转化为孔隙水压力的上升和有效应力的下降,最终可能出现初始液化和循环活动性现象。3%轴应变一定出现在初始液化前;3%轴应变后应变大幅增加,孔压有可能达到初始有效固结围压,也有可能在初始液化前破坏。3%轴变形是黄土稳定变形和大幅变形的临界点。     

饱和尾矿粉土动力特性试验研究

通过动三轴试验研究某尾矿粉土的动强度特性与孔压特性,试验在围压100、200和300kPa与固结比1.0和2.0条件下进行。结果表明:(1)在循环荷载作用下,等压固结时饱和尾矿粉土全部液化;偏压固结时饱和尾矿粉土未发生液化;(2)各向等压固结时,选取双幅动应变达到5%作为破坏标准;偏压固结时,选取总应变达到5%作为破坏标准;(3)围压越大,τd/σ′0-Nf曲线越高,动剪应力比τd/σ′0与破坏振次Nf在对数坐标图上表现出良好的线性关系,可以采用对数函数来拟合τd/σ′0-Nf关系曲线;(4)固结应力条件相同时,动应力σd变化对尾中砂的孔压增长ud/σ0-N/Nf关系曲线基本上没有影响;固结应力比Kc一定时,固结围压σ3越大,ud/σ′0-N/Nf关系曲线越高;(5)尾矿粉土孔压发展模式在等压固结和偏压固结时不同,固结比Kc=1.0时,可采用幂函数表达式来描述尾粉土孔压发展;固结比Kc=2.0时,可用对数函数来模拟其发展。     

饱和黏土振动弱化性态的边界面模型分析

基于增量弹塑性边界面理论,构建一种可以描述振动应力作用下饱和黏土弱化的边界面应力应变关系。该关系利用具有严谨理论基础的旋转硬化法则描述振动应力作用过程中边界面大小与位置的变化,并将塑性累积偏应变长度作为反映振动应力历史对饱和黏土应力应变响应影响的状态参数,通过建立包含状态参数的塑性模量插值关系描述饱和黏土振动弱化应力应变响应,进一步按照正交流动法则形成增量应力应变关系。该关系包含9个参数,其中5个是剑桥模型参数,其余4个参数有相对明确的物理意义。利用所构建的边界面应力应变关系,对两种黏土的等压固结不排水静三轴试验和动三轴试验进行预测,并与试验结果进行比较,结果表明这一关系能够较好描述振动应力作用下饱和黏土刚度与强度弱化特性。     

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。     

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。     

Cyclic strength and deformation of crushable carbonate sand

Cyclic triaxial tests have been carried out on a skeletal carbonate sand from the west coast of Eire. Results are presented for undrained cyclic shear tests on samples with 80% of relative density consolidated under both isotropic and anisotropic conditions. Failure was defined as a 5% double amplitude cyclic strain and a 5% peak axial strain for stress-reversal and non-reversal stress conditions, respectively. Using this definition the cyclic strength for isotropically consolidated samples was affected by the confining pressure although the angular platey nature of the sand resulted in higher cyclic strengths than for a comparable silica sand. For anisotropically consolidated samples the cyclic strength increased with increasing initial static shear stress while on the other hand the cyclic strength normalised in the usual way with respect to the initial confining pressure decreased as this pressure increased.     

饱和南京细砂孔压增量模型的普适性研究

循环荷载作用下饱和砂土的孔压增长规律是土动力学的核心内容之一。基于笔者在给定相对密度、均等固结条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验结果建立的孔压增量模型,进一步进行了不同相对密度、不同固结比条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验,将上述均等固结的孔压增量模型拓展为适用于不同相对密度、均等和非均等固结条件的孔压增量模型。采用拓展后的孔压增量模型对试验结果进行分析的结果表明：通过该孔压增量模型预测验证试验的孔压与验证试验测试的孔压具有较好的一致性,说明该孔压增量模型具有普适性。     

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。     

Strain accumulation in sand due to cyclic loading: drained triaxial tests

Our aim is the prediction of the accumulation of strain and/or stress under cyclic loading with many (thousands to millions) cycles and relatively small amplitudes. A high-cycle constitutive model is used for this purpose. Its formulas are based on numerous cyclic tests. This paper describes drained tests with triaxial compression and uniaxial stress cycles. The influence of the strain amplitude, the average stress, the density, the cyclic preloading history and the grain size distribution on the direction and the intensity of strain accumulation is discussed.     

型钢高强混凝土柱轴压比限值的试验研究

通过20个型钢高强混凝土柱的低周反复加载试验对其受力性能进行了研究，分析了剪跨比、轴压比、配箍率以及混凝土强度对型钢高强混凝土柱延性的影响，提出了不同剪跨比、不同配箍率的型钢高强混凝土柱的轴压比限值。其中，剪跨比大于2．0的型钢高强混凝土柱的轴压比限值由大、小偏心界限破坏时力的平衡条件并结合试验结果确定，而剪跨比小于2．0的型钢高强混凝土柱的轴压比限值则通过与剪跨比大于2．0的型钢高强混凝土柱的延性对比加以确定。     

含微生物气泡高饱和砂土循环三轴剪切CFD-DEM模拟

为探究砂土液化的微观机理,根据室内试验中微生物反硝化反应气泡的生成速率,建立数值模拟的时效性关系,分别制取微生物处理0天、2天、3天和5天的高饱和砂土试样,采用CFD-DEM耦合方法模拟不同工况下砂土试样的循环三轴不排水剪切试验。依据砂土试样的力链分布、抗液化振次、孔压比、轴向应变和力学配位数在加载过程中的变化情况,从宏微观角度分析砂土试样的抗液化能力。模拟结果表明:含微生物气泡高饱和砂土的抗液化强度较饱和砂土有所提升;随着微生物处理时间的增加,砂土试样的饱和度降低,孔压比和轴向应变的累积变慢,抗液化能力增强。     

粗粒土等压固结与K0固结三轴试验比较

对某堆石坝覆盖层砂卵砾石料进行了不同干密度试样中型三轴试验,试验包括常规各向等压固结的三轴排水剪试验（CID试验）和各向不等压（K0）固结的三轴排水剪试验（CK0D试验）,对试验结果进行对比分析,研究2种试验方法对试验结果的影响。结果表明,2种试验所得到的应力—应变关系曲线总体规律比较一致,大小略有差异,CK0D试验的剪胀性比CID试验明显;不同围压下,2种试验的偏应力峰值差异（相对峰值）平均幅值为3.9%;对应3种密度（2.17、2.22、2.40g/cm3）,CK0D试验各围压下的平均内摩擦角分别比CID试验的内摩擦角大0.88°、0.48°、0.43°;随着密度增大,2种试验的强度均显著增大,且强度指标随密度近似线性增大。列出并比较了2种试验的邓肯模型参数,两者没有显著的差异。     

循环剪切吸水条件下饱和砂土的应力应变规律

在实际土工抗震边值问题中,饱和砂土在许多情况下并非处于完全不排水条件,可能由于土性等因素的不同而出现各异的排渗条件。排水条件对土体的动力应力应变响应有较大影响,本文基于新开发的孔隙水注入控制系统,进行了循环剪切条件下饱和砂土吸水试验,研究了剪切吸水对土体动力特性的影响规律。通过试验发现:剪切吸水条件下砂土的抗液化强度较不排水条件下降低,同样的循环剪切条件下轴向应变发展更大;试样的抗液化强度降低和轴向应变增加程度随剪切吸水率的增大而增加。基于对饱和砂土体变规律的已有研究,本文初步解释了剪切吸水条件下饱和砂土应力应变特性规律的物理实质。