压实黄土非线性压缩应力-应变关系在地基沉降计算中的应用

目前以压缩试验得到的e-p曲线为基础的分层总和法仍然是地基沉降分析中最常用的方法。割线模量法是近年来为人们所熟知的计算地基沉降的新方法,具有不受初始孔隙比影响、便于电算等优点。传统的割线模量法将土体的压缩应力-应变关系视为双曲线形式。通过对压实黄土压缩应力-应变关系曲线的研究和对传统割线模量法计算的割线模量与压缩模量的比较表明,导致割线模量法和e-p曲线法计算结果差异的主要原因是土体压缩应力-应变关系符合双曲线的假定,将压实黄土的应力-应变关系用更符合实际情况的幂函数进行拟合,得到了基于幂函数形式的压缩应力-应变关系曲线的沉降量计算公式,并结合具体工程进行了沉降计算对比分析,将割线模量法进行了推广应用。     

真三轴应力条件下修正邓肯-张模型的试验研究

邓肯-张非线性模型已经被广泛的应用于工程实践的应力-应变数值分析中。考虑轴对称应力条件下邓肯-张模型应用于复杂应力时存在的不足,依据原状土的真三轴试验数据对邓肯-张模型预测结果与实测结果进行比较,论证了复杂应力条件下邓肯-张模型的适用性。通过考虑真三轴试验应力条件下中主应力对大主应变的影响,邓肯-张E-B模型大主应变叠加中、小主应力差作用产生的变形,提出了不同中主应力比的邓肯-张E-B模型参数确定方法,建立了复杂应力路径条件下修正的邓肯-张E-B模型。经与西安原状土真三轴试验结果进行比较,验证了修正邓肯-张E-B模型的正确性,为邓肯-张模型在复杂应力条件下的应用提供了途径。     

考虑颗粒破碎的钙质砂修正邓肯-张E-B模型

在常规应力水平下颗粒发生破碎是钙质砂有别于其他砂土的重要性质之一,且由于颗粒破碎的存在,使用传统的本构模型无法很好地模拟钙质砂的力学行为。因此本文以最为普及的本构模型之一--邓肯-张E-B模型为基础,对其进行颗粒破碎方面的修正以得到一个能用于钙质砂的本构模型。具体方法为:首先本文采用Hardin提出的相对破碎Br这一指标来度量颗粒破碎的大小。之后研究分析得出了颗粒破碎对邓肯-张模型参数(内摩擦角φ、割线模量E50及体积模量B)的影响规律。然后通过颗粒破碎与输入能量之间的关系将各状态下无法直接确定的相对破碎Br与可确定的应力-应变状态联系起来。最终得到了一个考虑颗粒破碎的钙质砂修正邓肯-张E-B模型。为验证模型的准确性及适用性,本文还使用该模型对4种不同粒径范围且试验围压不同的钙质砂的三轴排水行为进行了模拟。结果表明拟合效果较好,模型能适用于各种不同粒径范围的钙质砂,并且在颗粒破碎较大的情况下明显优于传统邓肯-张模型。     

负乘幂本构模型的切线模量

邓肯-张模型假设土体应力-应变关系符合双曲线关系,而且假定相关参数与围压的关系也是某种固定关系,这样的做法不仅违反了土体性质多样的现实,也容易造成模型与试验结果不符,引起误差。为此,提出了通过常用软件试算获取参数及直接寻求参数与围压最佳关系函数的思想,改变了参数与围压只有一种固定关系的思路。在邓肯-张模型基础上提出了负乘幂本构模型,它能够通过调整一个参数实现曲线形式的变化,从而体现出土体应力-应变关系的多样性;负乘幂模型采用前面提及的思想来获取参数,经过推导得到了该模型的切线模量公式。通过比较,证明负乘幂模型能够更好地与试验曲线吻合。     

地应力与岩体模量关系的理论及试验研究

岩体模量（弹性模量及变形模量）是工程岩体力学特性的基础参数之一,研究地应力状态与岩体模量之间的关系具有重要意义.基于静弹性热力学模型原理,结合弹性理论,推导了水平主应力与岩体性质参数的定量关系,并对地应力与岩体模量的关系进行了探讨.在此基础上,以赣龙铁路梅花山隧道为依托,开展了围岩应力及岩体模量参数的现场测试工作,并将实测成果与理论分析进行对比.结果表明：当埋深影响较小时,花岗岩中的水平主应力与岩体模量呈线性正相关关系;当埋深相差较大时,深度对地应力及岩体模量的影响均不可忽略,水平主应力与岩体模量一般呈非线性关系,需要进一步研究;对花岗岩中的岩体弹性模量和变形模量与水平主应力之间的相关性进行对比发现,岩体变形模量与水平主应力的相关性更好.研究成果可为工程岩体力学参数取值及评价提供借鉴.     

基坑工程侧向卸、加载应力路径试验及模量计算

分析认为,基坑支护外侧的土体有可能产生侧向卸载和加载两种应力路径,因此进行了侧向卸载、加载的应力路径试验,并根据邓肯-张模型的思路和试验结果,推导了侧向卸载、加载的切线弹性模量公式。通过实例计算发现,用推导的切线弹性模量公式,可以得到很好的计算结果,这说明考虑侧向卸载、加载的应力路径的模量公式能够更好地模拟基坑问题。     

非线性弹性模型的改进

本文在邓肯-张模型进行深入探讨的基础上,提出了切线模量实质物理意义是剪切模量的观点,并分别采用应力法和应变法推导了剪切模量和体积模量(或变形模量)公式,还进行了考虑Biot固结非线性弹性油罐地基有限元实例分析。对不同的变形模量计算方法进行了比较,提出了改进的非线性弹性模型。     

高聚物堆石料回弹特性试验

基于中型三轴仪开展了高聚物堆石料回弹模量试验,分析了高聚物堆石料卸载－再加载的力学特性和回弹模量变化规律。结果表明：围压和应力水平对体积变化规律有明显影响,随着试验围压的增大,试样由初始状态的剪胀逐渐变为剪缩;高围压下,随着应力水平的增大,试样的卸载体缩量呈非线性增大;而围压在100 kPa下,卸载时表现为体胀,不同应力水平下的卸载体缩量相近且较小。平均回弹模量与初始模量的比值大约在3.9～4.2之间,应力水平为0.7条件下对应的回弹模量与平均回弹模量较为接近。高聚物堆石料的回弹模量满足邓肯-张模型关系,数值计算过程中回弹模量系数近似为初始模量系数的4.0～4.2倍。     

考虑基质吸力的非饱和土邓肯-张统计损伤修正模型

为反映非饱和地基土变形全过程,以某基础工程非饱和土为研究对象,开展固结排水三轴压缩试验。研究发现,非饱和土的偏应力-应变曲线形态近似双曲线,基质吸力对土体力学行为影响十分明显,基质吸力越大,土体偏应力越高。根据非饱和土变形特性及工程特点,选取邓肯-张双曲线模型作为基础模型,引入统计损伤理论,假设非饱和土微元强度服从Weibull概率密度分布,建立邓肯-张统计损伤模型。通过搭建初始切线模量与基质吸力的联系,建立一种新的考虑基质吸力的非饱和土邓肯-张统计损伤模型。给出参数解析方法,得到Weibull分布参数经验表达式,从而修正模型。分析不同基质吸力条件下非饱和土损伤累积规律,采用所建模型和传统邓肯-张模型对比验证非饱和土偏应力-应变试验曲线,证明所建模型的可行性和合理性。研究成果为非饱和土的力学特性研究及辨识模拟提供一定参考。     

关于水泥土搅拌桩复合地基压缩模量的探讨

通过工程实例,介绍了水泥土搅拌桩复合地基压缩模量的理论计算,通过实际沉降观测数据推导出水泥土搅拌桩复合地基压缩模量的实际值,并与天然地基的压缩模量进行对比,提出了水泥土搅拌桩复合地基压缩模量计算公式修正系数的概念。     

On the Comparison of the Modified Secant Modulus Method and Duncan-Chang Tangent Modulus Methed

The modified secant modulus formula derived from the hyperbolic stress-strain relation is presented in this paper. Based on this proposed formula an analysis was made for the earth dam located in Hubei province, At the same time, similar analysis was also carried out by using the tangent modulus formula derived by Duncan and Chang. The modified modulus formula described in this paper evade the difficulties and the testing work involved in determing the initial modulus of the stress-strain curve as required by the Duncan-Chang equation. The concept of pre-consolidation pressure for soil is employed to modify the formula of initial modulus appeared in Duncan’s equation when minor principal stress is very small. Comparison of the calculations based on these two formulas revealed that the final results obtained by Duncan’s formula were influenced by initial modulus significantly while that by modified secant formula is independent of the initial modulus, and moreover, the final results obtained by modified secant formula are in agreement with that from observations.     

循环荷载作用下软黏土刚度软化特征试验研究

循环荷载作用下,软黏土将发生软化现象,而以往的研究中大多未考虑初始偏应力的影响。通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究了循环荷载作用下土体的刚度软化情况。通过分析每一次循环过程中割线剪切模量的变化规律,探讨了循环次数、循环应力水平、初始偏应力对刚度软化的影响。结果表明,随着循环次数的增加,土体刚度逐渐减小;循环应力水平的提高,初始偏应力的施加将加快刚度软化。在试验的基础上推导了反映土体刚度软化规律的经验公式,得到了萧山软黏土的破坏刚度比。     

EPS颗粒改良土作为寒区路基填料的抗冻性能研究

为研究EPS颗粒改良土作为寒区路基填料的抗冻性能,以冻胀率及割线模量为评测指标对改良土的抗冻性能进行了测试分析。通过冻胀率试验,获得了不同EPS颗粒掺量下冻胀率与冻融循环次数的关系。通过不同围压下的室内三轴试验,获得了改良前后土体割线模量随冻融循环次数增加的衰减规律,据此定义了无量纲单位残余割线模量比并建立了其与冻胀率的关系。结果表明：EPS颗粒的掺入对改良土的抗冻性能有明显的提升,有效地降低了改良土的冻胀率,随着EPS掺量增加,冻胀率逐渐减小,二者大致呈指数关系。冻胀率在冻融的初期发展较快,后期趋于平缓。改良后割线模量的衰减有大幅度的降低,割线模量随着冻融循环次数增加而逐渐减小,残余割线模量比与冻胀率之间近似呈二次抛物线关系。利用灰色理论可以对改良土割线模量的衰减规律进行预测,模型预测结果精度较高,可以作为路基工程冻害防治的参考。     

Deformation Modulus of Fly Ash Modified with Lime and Gypsum

Deformation modulus of fly ash is one of the most important mechanical properties generally used in different design problems and also as an input parameter to sophisticated numerical techniques employed to assess the response of different structures resting on fly ash fill or embankment made of fly ash. Deformation modulus is usually expressed in terms of compressive strength. This paper presents the deformation modulus of fly ash modified with lime alone or in combination with gypsum at different strain levels. The values of deformation modulus obtained from both unconfined compression test and unconsolidated undrained triaxial test results are presented herein. The specimens for unconfined compression test and for undrained triaxial tests were cured up to 90 and 28 days, respectively. The effects of addition of lime (4–10%) and gypsum (0.5 and 1.0%) on the deformation modulus of class F fly ash are highlighted. With addition of lime and gypsum, the class F fly ash achieved the deformation modulus in the range of 190 MPa in UCS test and up to 300 MPa in triaxial test specimens tested under all round pressure of 0.4 MPa. Based on the present test results empirical relationships are developed to estimate deformation modulus of modified fly ash from unconfined compressive strength and relationships between initial tangent modulus and secant modulus at different strain levels are also developed.     

水电工程坝基玄武岩体波速与变形模量关系

岩体变形模量是岩体工程设计最重要的参数之一.由于受到资金、时间、尺寸效应等限制, 在工程勘察设计阶段往往不可能大量开展岩体现场和室内变形模量试验, 试验结果也不具有普遍代表性.因此, 水电工程常常采用岩体纵波波速与变形模量之间的相关关系来估算大范围及深部岩体变形模量.根据波动微分方程从理论上解释了岩体纵波波速与变形模量之间内在的联系.以我国西南金沙江干流上坝基主要为玄武岩体的4个大型水电工程为例, 根据132组现场变形模量试验结果与同向波速测试结果建立玄武岩体波速与变形模量相关方程, 并与也有的研究成果对比分析.研究成果表明, 玄武岩体波速与变形模量具有较好的相关性.当波速小于4 500 m/s时, 不同类型玄武岩根据波速计算变形模量差别较小; 当波速大于4 500 m/s时, 差别逐渐增加.选取最优的相关方程用于估算坝基玄武岩体变形模量, 为水电工程坝基玄武岩体变形模量的快捷评价提供科学依据.      

Resilient characterization of pavement materials

The paper presents an approach for characterizing pavement materials using the modified linear elastic behaviour. The secant modulus of elasticity is expressed in terms of the stress invariants and an expression for the secant Poisson's ratio is derived using path independence of the total work along a closed loading cycle. Triaxial test results of granular base–subbase materials which exhibit strong non-linear behaviour and dilatancy are analysed and presented. The constitutive law is included in a finite element program and results of pavement analyses are discussed. It is found that the secant Poisson's ratio of granular base materials reaches values between 0·6 and 0·7, indicating a volume increase under high stress ratios. The pavement response predicted using the above material characterization is compatible with non-destructive test results.     

某工程蚀变岩孔隙特征及其软弱程度研究

孔隙作为岩体的初始损伤,对岩体的强度及变形特性的影响尤为明显,而孔隙发育是研究区内一类力学性质较软弱岩石的显著特征。对蚀变岩孔隙特征的研究是了解蚀变岩的软弱程度及孔隙度对其软弱程度的影响的有效方法。针对此蚀变岩进行岩矿及铸体薄片分析得出蚀变岩孔隙有原生、浅表生及构造3种成因,其中以原生为主。从饱水蚀变岩的常规单轴压缩试验应力-应变全过程曲线上求取蚀变岩的饱和单轴抗压强度及割线模量,再与相应试样的孔隙度进行相关性分析,结果显示出蚀变岩的饱和单轴抗压强度及割线模量均随孔隙度的增加而减小,且呈幂函数关系。由于蚀变岩的饱和单轴抗压强度(R c)及割线模量(E s)作为软硬岩评判标准具有一致性,且两者与孔隙度(n)存在较好的相关性,以此将3者共同作为蚀变岩软弱程度的划分标准,并得出软硬岩分界处n为12%、R c为30 M Pa、E s为5 GPa。     

延安地区压实马兰黄土高压固结变形特性

针对典型的Y型狭长沟谷型地貌中的黄土高填方工程做了大量的室内一维高压固结试验。试验结果表明,Gunary模型可较好地表征侧限压缩情况下压实马兰黄土的垂直压应力与垂直压应变的关系,其适用性优于既有且常用的双曲线模型及幂函数形式;基于Guanary模型,利用割线模量法构建的压实马兰黄土地基变形修正公式,可修正考虑上覆荷载变化、含水率变化及压实度变化的地基变形量;割线模量Esoi与含水率的倒数1/w符合二次多项式的关系形式,目前普遍使用的割线模量Esoi与压实度K的线性关系形式不符合实际情况。研究成果对沟谷型黄土高填方工程填筑方案的设计与施工具有重大的参考价值。