瑞利阻尼对砂土场地非线性地震响应的影响分析

在地震荷载作用下,自由场地会产生土体侧向变形和地表响应放大现象。由于土体的高度非线性,计算自由场地地震响应时,不同的阻尼比及剪切模量取值是造成其计算结果与试验结果相差较大的原因之一。目前动力计算常采用瑞利阻尼方法,其系数取值会在一定程度上影响计算结果。选用两模态简化瑞利阻尼系数计算方法,分析土体阻尼比及控制频率的取值对计算结果的影响,对比离心机模型试验,利用开源有限元平台OpenSees,采用适合于土体动力分析的多屈服面本构模型(PDMY),建立剪切梁模型模拟三维自由场地,并分析瑞利阻尼参数对自由场地地震响应和侧向变形计算结果的影响。结果表明,针对相对密度为60%的Nevada干砂,阻尼比为4%、控制频率比为5时,场地响应计算结果与试验结果较为符合。综合分析显示场地非线性响应时域计算时,应特别注意选用的瑞利阻尼参数值。     

饱和黄土液化后强度与变形特性的试验研究

采用MTS810动三轴试验仪,用二氧化碳+脱气水循环渗流法对重塑黄土进行饱和,进行了一系列对石碑塬滑坡区饱和黄土液化后变形特性试验。考虑干密度和初始有效围压对黄土液化后变形特性的影响,将液化与未液化黄土在单调静荷载作用下的应力-应变曲线进行对比。实验结果表明:利用二氧化碳+脱气水循环渗流法可以使重塑黄土饱和取得较好的效果;饱和石碑塬黄土具有明显的液化特征,在强震作用下发生液化,液化后强度大大衰减,应力-应变曲线呈弱硬化型,分为两个阶段;干密度和初始有效围压对液化后黄土的强度有一定影响,初始有效围压与不排水强度呈拟合度较高的线性关系,初始有效围压越高,液化后不排水强度越大。     

某水工隧洞爆破震动对周边建筑物影响的试验分析

隧道开挖时的爆破震动对周边建筑物安全影响很大,但目前对不同爆破参数、周边建筑的距离与爆破开挖之间关系的研究成果不多,实际工程中也难以把握。以宁夏固原市某水工隧道工程为依托,采用现场试验的方法,对地表关键位置质点爆破振动频率与振动速度进行测试和分析。结果表明:(1)经测试发现房屋主振频率在10~60Hz间,而一般房屋建筑的频率均小于10Hz,说明此次试验中爆破震动不能与房屋产生共振。(2)对试验数据进行分析,并依据爆破震动规范安全振速标准进行判别,发现此次试验中土坯房的安全距离为160 m,一般砖房为60 m。研究结果可为隧道爆破的设计与施工提供理论依据,为类似隧道的爆破工程及解决由爆破引起的纠纷提供借鉴。     

输电线路岩石嵌固基础抗拔试验及数值模拟分析

为了研究全风化-强风化地区岩石嵌固基础抗拔性能及土体破坏模式,基于安徽省太湖县岩石嵌固基础抗拔性能现场试验,结合数值模拟对不同埋深、不同型式的岩石嵌固基础的抗拔性能进行分析。发现在基础埋深较浅时,坛子型和掏挖型基础抗拔性能及土体破坏模式大体相近;当基础埋深较深时,掏挖型基础抗拔性能明显优于坛子型。同时,对两种基础型式的经济效益进行比较分析,研究结果表明:掏挖型嵌固基础抗拔性能更优,同时具有更好的经济性和环保性,推荐在风化性较强的岩石地基输电线路工程中推广应用。     

Cyclic resistance and liquefaction behavior of silt and sandy silt soils

The liquefaction behavior and cyclic resistance ratio (CRR) of reconstituted samples of non-plastic silt and sandy silts with 50% and 75% silt content are examined using constant-volume cyclic and monotonic ring shear tests along with bender element shear wave velocity (V_s) measurements. Liquefaction occurred at excess pore water pressure ratios (r_u) between 0.6 and 0.7 associated with cumulative cyclic shear strains (γ) of 4% to 7%, after which cyclic liquefaction ensued with very large shear strains and excess pore water pressure ratio (r_u>0.8). The cyclic ring shear tests demonstrate that cyclic resistance ratio of silt and sandy silts decreases with increasing void ratio, or with decreasing silt content at a certain void ratio. The results also show good agreement with those from cyclic direct simple shear tests on silts and sandy silts. A unique correlation is developed for estimating CRR of silts and sandy silts (with more than 50% silt content) from stress-normalized shear wave velocity measurements (V_s1) with negligible effect of silt content. The results indicate that the existing CRR–V_s1 correlations would underestimate the liquefaction resistance of silts and sandy silt soils.     

Experimental assessment of dynamic lateral resistance of railway concrete sleeper

The single tie (sleeper) push test (STPT) is a common method to evaluate the lateral resistance of a railway track sleeper. This methodology evaluates the lateral resistance phenomenon in a static manner despite the fact that the majority of the exerted loads on a railway track have a dynamic nature. For this reason, a mass–spring–damper numerical model was created to investigate the dynamic lateral interaction between an isolated sleeper and ballast layer in the presence of various lateral impact loads. On the basis of the model outputs, a pendulum loading test device (PLTD) was designed and developed in the laboratory. In this regard, a cylindrical hammer with modifiable mass and triggering angle was installed on a steel frame for imposing lateral impact load on an instrumented concrete sleeper. The graphs of the sleeper–ballast interaction force versus the sleeper lateral displacement were extracted for different masses and triggering angles of the hammer. Considering a same condition for sleeper, the maximum value of this interaction force was called the dynamic lateral resistance (DLR) and static lateral resistance (SLR) respect to the dynamic and static states of lateral loading. Comparing the values of the sleeper DLRs and SLR indicated that unlike the constant SLR of 6.5 kN, the DLR was in the range 2–10.2 kN in the impact load domain of 3–40 kN. However, as a key finding, the average slopes of the DLR and SLR graphs were equivalent in the dynamic and static tests.     

饱和粉砂土的动三轴排水试验与计算分析

饱和土在理论上一直以两相饱和孔隙介质模拟,利用Biot饱和孔隙介质动力方程纵波解耦的 (u为波动的振幅位移,p为孔隙水压)解答,结合排水的Somigliana表象积分,能够完成饱和土排水动力反应计算,结果也能在野外试验中验证。为了进一步深入研究饱和土排水的动力特性,设计了室内饱和土动三轴的排水试验,以不同状态饱和粉砂土排水状态下试验的结果,阐述了排水理论计算解答与动三轴试验测试结果的对比分析。最后指出修正后的理论解答与饱和粉砂土的试验测试结果较吻合,并在今后饱和土伴有排水的动力响应分析能在饱和土动力学问题研究中有所应用。     

高原寒冷地区温拌沥青混合料水稳性能分析

为探讨高原寒冷地区温拌沥青混合料的水稳定性及性能衰变规律,采用多次冻融循环室内试验模拟混合料所处环境温差大、冻融频繁、气温低等特性,选取Aspha-min、Sasobit、Evotherm等不同类型温拌剂拌制混合料,通过冻融劈裂试验、冻融飞散试验等,分析热拌与温拌沥青混合料的水稳性能及其衰变趋势,定量说明频繁的冻融循环对其性能的影响。结果表明：气候因素长期作用下,热拌沥青混合料的水稳性能优于温拌沥青混合料;随着冻融循环次数的增加,混合料的水稳性能均逐渐下降,15~18次冻融循环后,水稳性能趋于稳定,建议在高寒地区选取15次冻融循环作用次数作为沥青混合料水稳性能评价的试验条件;在选取的3种温拌沥青混合料中,Aspha-min温拌沥青混合料的水稳性能最差。     

不同倾角多层节理深部岩体开挖变形破坏规律模型试验研究

深部资源开发中地下洞室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题,目前深部多裂隙岩体开挖强卸荷引起的围岩变形破坏规律尚不清楚,常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。采用大尺度三维模型相似试验系统,分析具有不同倾角的多层节理的岩体在高地应力下开挖变形破坏规律。试验结果表明：裂隙倾角较小时,隧道上、下侧围岩主要发生大变形,左、右侧围岩呈现分层破裂现象,随着裂隙倾角增大,破裂区从洞室左、右两侧逐渐扩展到洞室全周,顶部岩体越容易发生大体积滑塌;隧道围岩由内向外应力和位移值呈波动状分布;洞周塑性区范围随裂隙倾角增大而增大,裂隙倾角越大,洞周塑性区越容易与洞室上、下侧裂隙面连通。该研究为保障深部工程的安全修建与运营提供了试验基础。     

岩土力学研究的一些反思

传统三轴试验径变形的测量多采用链式环状传感器,假设试件为对称破坏,呈X型或沿中心轴对称破坏为合理测量方式,绘制偏应力与体积应变曲线斜率没有意义,如果在三向等量加卸载下斜率具有含义。弹性阶段比例极限和峰值应力恒定,外加应力大于比例极限应力时比例极限和峰值应力随损伤变化。破坏区荷载与位移关系曲线是材料力学与结构综合体现,应将应力和应变改为视应力与视应变;传统的迟滞回线面积是能量耗散表征是不正确的,应是能量存储、转换和耗散表征;沿中心轴破坏应为拉破坏,能很好地解释岩体中拉裂纹现象,因此提出循环加卸载试验以卸载曲线线性段作为材料参数确定依据。对于孔隙连通材料,施加应力大于比例极限应力,在不排水任意应力状态水压力卸载至0,以卸载曲线的线性段决定相应材料参数,建议传统三轴试验改为50 mm×50 mm×100 mm六面体试件。在比例极限应力内,损伤变量恒定,在外加应力大于比例极限应力时,沿应力主轴各方向损伤演化不一致,且随应力路径变化。