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。     

Effect of Initial Stress Conditions on the Threshold Shear Strain of Nanjing＇s Saturated Fine Sand

By using GDS dynamic hollow cylinder torsional apparatus,a series of cyclic torsional triaxial tests under complex initial consolidation condition are performed on Nanjing saturated fine sand. The effects of the initial principal stress direction α0,the initial ratio of deviatoric stress η0,the initial average effective principal stress p0 and the initial intermediate principal stress parameter b0 on the threshold shear strain γt of Nanjing saturated fine sand are then systematically investigated. The results show that γt increases as η0,p0 and b0 increase respectively,while the other three parameters remain constant. α0 has a great influence on γt,which is reduced when α0 increases from 0° to 45° and increased when α0 increases from 45° to 90°. The effect of α0 on γt plays a leading role and the effect of η0 will weaken when α0 is approximately 45°.     

列车引起的地基土应力状态变化的三维有限元分析

将列车移动荷载简化为多个移动轮轴荷载,基于列车-轨道-路基解析模型推求的列车运行时不同时刻、不同位置时作用于路基的振动荷载时程,采用多点输入方式实现列车荷载的移动施加方式,建立路(地)基-场地体系三维有限元动力分析模型,基于Abaqus软件的并行计算集群平台,对轨道交通振动荷载下路(地)基-场地体系的动力反应进行数值模拟,研究了列车荷载作用线正下方地基中的动应力特征及土单元应力状态变化,分析了列车轮轴荷载移动过程中不同深度处土单元的应力路径和主应力轴的旋转。     

应力主轴循环旋转条件下饱和砂土的变形特性

采用香港科技大学的空心圆柱扭剪仪对日本标准丰浦砂进行了3个系列、每个系列包含中主应力系数=0.1、0.5和1.0三种不同情况的纯应力主轴循环旋转排水试验。试验过程中控制作用在砂样上的有效主应力的幅值不变,仅应力主轴在0°至180°之间循环旋转。着重分析了纯应力主轴循环旋转条件下饱和砂土的剪切变形特性、体应变的发展规律及中主应力系数的影响。     

复杂应力条件下原状饱和海洋黏土残余变形特性试验研究

针对取自黄河三角洲地区的原状饱和海洋软黏土,进行了一系列非均等固结条件下的应力控制式双向耦合循环剪切试验,着重探讨了初始大主应力方向角?0、循环剪切荷载分量比R以及循环应力水平（用循环应力比Rc来表示）对饱和海洋黏土残余变形特性的影响。试验结果表明,?0对循环剪切过程中产生的残余轴向应变?r、破坏时的?r以及残余轴向应变比?r /?rmax与循环次数比N/Nf之间的关系具有显著影响。随着R值减小,循环剪切过程中产生的?r逐渐减小,且破坏时的?r亦逐渐减小。对应相同N/Nf,随着R值减小,?r /?rmax值先增大后减小。试验数据经归一化处理后,不同R值对应的εr /εrmax-N/Nf关系曲线集中于一个狭窄的条带内,可用统一的表达式来表示。?0 =0°与90°时,不同R值对应的残余剪应变?r –循环次数N关系曲线差异性并不十分明显,而?0 =30°与60°时,R对?r -N关系影响显著。低应力与高应力水平循环荷载作用下?r与?r随N的增加变化规律差异性明显,分别建议了相应的?r /?rmax-N/Nf关系表达式。     

中主应力与大主应力方向角对软黏土排水变形特性影响

为研究中主应力系数和大主应力方向角对各向异性软黏土变形特性的影响,利用GDS空心圆柱扭剪仪对温州原状软黏土进行了一系列不同中主应力系数和大主应力方向角的排水定向剪切试验。试验过程中在大主应力方向角和中主应力系数不变的条件下,逐渐增加剪应力直至试样破坏。分析了中主应力系数和大主应力方向角对温州原状土偏应力与大主应变关系、体应变、中主应变和小主应变与大主应变关系的影响。试验结果表明：试样的应力-应变关系在中主应力系数和大主应力方向角不同时表现出明显的各向异性。当中主应力系数为0.00和1.00时,大主应力方向角对应力-应变关系的影响较小;而当中主应力系数为0.50时,应力-应变关系中的割线剪切模量随大主应力方向角变化明显。当大主应力方向角为30°时,随着中主应力系数从0.00增加到0.50,中主应变由压缩状态变为拉伸状态;当大主应力方向角为45°时,随着中主应力系数从0.00增加到1.00,中主应变由压缩状态变为拉伸状态。     

软岩洞室最优支护的广义SMP准则解与对比研究

现有洞室最优支护设计均基于Mohr-Coulomb（简称M-C）准则,不能真实反映岩石强度的中间主应力效应以及围岩的三向不等应力状态。基于广义SMP准则和稳定蠕变J3准则,考虑中间主应力对岩石强度的提高作用,建立了软岩洞室最优支护力与围岩允许最大位移的理论解答。洞室最优支护解答对M-C准则、外接圆Drucker-Prager（简称D-P）准则均具有很好的拓展性,且工程实例验证了其正确性。研究结果表明：3种强度准则结果间的差异实际反映的是对中间主应力效应的不同考虑,M-C准则和外接圆D-P准则对应的结果是两个极端情况,推荐选用广义SMP准则解答;岩石长期强度是洞室最优支护设计的关键参数,围岩凝聚力与内摩擦角的影响亦很显著,应合理测定岩石的强度参数并充分考虑变异性。     

孔隙填充型能源土的宏微观力学特性真三轴试验离散元分析

天然气水合物沉积物因其作为绿色新型能源且具有广阔的开发前景而备受全球瞩目。水合物在水合物沉积物（俗称能源土试样）中有不同的赋存型式,如孔隙填充型和胶结型等。针对孔隙填充型水合物的赋存形态,生成特定饱和度的能源土试样。开展了同一 平面上不同中主应力系数（b = 0、0.25、0.50、0.75、1.00）的真三轴排水试验的三维离散元模拟,将微观参数接触组构及剪切滑移率的演化规律与材料的宏观力学响应相结合,分析了中主应力对孔隙填充型能源土的宏微观力学响应的影响。结果表明：强接触处组构张量的大、中、小主值随b的变化规律与大、中、小主应力及大、中、小主应变随b的变化规律表现出良好的相关性。三向应力状态下的破坏强度接近Lade-Duncan破坏准则。能源土试样剪切滑移率随着中主应力系数的增大而增大;当处于三轴拉伸状态时,试样的剪切滑移率最大。     

水泥土应力-应变特性真三轴试验研究

采用研制的真三轴仪对水泥土进行等小主应力 、等中主应力参数b真三轴试验,研究中主应力参数、小主应力对水泥土应力-应变特性的影响。试验结果表明,相同?3条件下,水泥土应力-应变曲线的初始切线模量、破坏强度均随b的增大而增加,破坏时的大主应变则随b值的增大而减小;水泥土破坏强度与中主应力参数b近似呈线性关系,直线斜率随?3的增加而增大。对于相同b值,水泥土的应力-应变曲线初始切线模量、破坏强度、破坏时的大主应变均随?3的增加而增大;水泥土破坏强度与?3近似呈线性关系,且随b值的增大,线性关系更加明显。随着中主应力和?3的增大,水泥土应力-应变曲线逐渐由软化型向硬化型过渡。破坏应力比则随?3的增加和b值的增加而逐渐降低。获得了水泥土的广义Tresca准则和广义Mises准则模型参数,对比分析表明广义Tresca准则更适用于水泥土。     

初始主应力方向对饱和粉土循环剪切特性的影响

利用“土工静力 动力液压 三轴扭转多功能剪切仪”,针对采用初始成样含水率为0和10%夯击法制备重塑饱和粉土试样,在初始平均主应力为100 kPa,初始中主应力系数为0.5,初始偏应力比为0.433,初始主应力方向角分别为0°、30°、45°的条件下完成非均等固结,然后保持平均主应力和中主应力系数恒定进行不排水循环扭剪实验。着重探讨初始成样含水率和初始主应力方向对粉土动力剪切变形、强度及孔压变化等特性的影响。实验结果表明：初始主应力方向对重塑粉土的变形与强度特性的影响程度有所不同;初始成样含水率对饱和重塑粉土的动力变形及强度特性具有显著影响。