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 y, of Nanjing saturated fine sand are then systematically investigated. The results show that y, increases as η0, P0 and b0 increase respectively, while the other three parameters remain constant. α0 has a great influence on y,, 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°.     

有控放气措施下含浅层气地层的一维变形分析

人为控制性放气是杭州地铁工程施工前防治浅层气地质灾害的必要措施。通过对浅层气藏形成中的水气运移过程分析可知,气藏原始包气带内的水压力和吸力沿厚度呈线性分布,孔隙水压力的大小与其相同位置处的静水压力相当;借助储层土体的室内土-水特征曲线并结合现场勘探资料,能够获得气藏初始饱和度分布。在分析有控放气措施下气藏内部水气运移基础上,利用GDS非饱和应力路径三轴系统地研究了气体释放过程中储气砂土的湿化变形,并给出了气体释放引起的含气地层沉降变形的预测方法。结果表明,在经历了形成过程中的自然脱湿后,储集层砂土被进一步压密,而工程放气措施引起的水浸或再吸湿过程中,单由饱和度或吸力减小所引起的砂土湿化变形量很小,可忽略其工程影响;有控放气措施下,由气体释放引起的浅层含气地层沉降沿气藏厚度自上而下依次递减,总沉降量约为气藏总厚度的1‰～5‰。     

三维应力状态下砂的临界状态本构模型分叉分析

就服从非关联流动法则软化型砂的临界状态本构模型,在不同应力路径下的分叉进行了理论和数值分析。理论分析表明：分叉现象强烈依赖于应力路径,即当平均应力p一定时,应力路径在洛德角在-25o～15o之间时,均会在应力-应变关系硬化阶段出现分叉现象,而其他应力路径下不会产生分叉。并且分叉时对应的应力比、主应变及剪切带倾角都随洛德角的增加而变化,其值是先增加而后减小。采用回映应力更新算法,编写了该本构模型材料子程序,借助有限元软件ABAQUS及材料子程序,通过数值计算方法预测到了分叉点所对应的应力状态,表明了分叉现象在数值计算中的存在性,并通过数值预测值和理论解的对比,两者结果基本一致。     

土层随机地震反应分析中侧向边界的影响分析

研究了随机地震激励下土层地震反应及土-结构相互作用分析中有限土域的取值范围对计算精度的影响。分别以基岩白噪声谱和杜修力修正基岩谱作为输入,进行了土层随机地震反应分析,探讨了自由边界、固定边界和黏弹性边界3种人工边界条件下土域的取值范围、土介质阻尼和土体长深比（L/H）对土层随机地震反应的影响,给出了侧向人工边界合理位置的具体建议。在此基础上,选取土体的合理边界范围,建立土-结构相互作用分析模型,分别以基岩白噪声谱、杜修力修正基岩谱以及实测地震波功率谱作为输入,进行了土-结构相互作用体系随机地震反应分析,计算结果验证了侧向人工边界取值在土-结构相互作用体系随机地震反应分析中的有效性。     

轻量砂变形及强度特性三轴试验研究

通过三轴试验系统研究了新型土工材料--轻量砂的变形及强度特性。结果表明,不同的配比、龄期使轻量砂具有不同的原生结构强度,围压使不同原生结构强度的土样处于剪胀或剪缩状态,导致发生应变硬化、应变软化以及相应状态下孔压的3种对应形态变化。变形模量随EPS（发泡聚苯乙烯）球粒掺入比的增大而线性减小,随水泥掺入比、龄期增大而线性增大,相同配比的土样变形模量与围压关系不大;三轴抗压强度随EPS球粒掺入比增大而呈负指数关系减小,随水泥掺入比、龄期、围压增大而线性增大,存在水泥掺入比阀值;土骨架转换效应对于土样强度的影响很大,造成了土体单轴、三轴抗压强度分带,高水泥掺入比能够大大弱化EPS颗粒的土骨架效应。结合前人成果,系统地研究了轻量砂密度、无侧限抗压强度的影响因素,引入材料学中比强的概念,提出了单价比强图结合配方公式的方法,对轻量土砂进行配方优化。分析了轻量土砂应力-应变关系转型问题,提出采用无侧限抗压强度来表征不同配比、龄期轻量土砂的原生结构强度。通过试验与数理统计,建立临界围压与原生结构强度的关系,为数值模拟计算与建立本构模型奠定了基础。     

开挖条件下含水平砂土夹层边坡破坏模式研究

工程中经常遇到边坡中含有夹层的情况,对含夹层边坡的稳定性研究很有意义。目前的研究多着重于含夹层岩质边坡的稳定性,对土质边坡涉及较少,尚无系统的试验分析。开挖条件下含夹层土质边坡更容易发生破坏,对其破坏模式的正确认知有助于对其稳定性进行合理的安全评价。进行了含水平砂土夹层边坡开挖的离心模型试验,夹层位于边坡中部。通过与边界和试验条件相同的素土边坡进行对比,分析了中部夹砂层边坡开挖后的破坏模式。试验结果表明,中部砂土夹层的存在降低了边坡在开挖后的稳定性,且其下边界是边坡破坏的薄弱控制面     

沙漠公路风沙土路基风蚀破坏试验研究

以沙漠公路风沙土路基为研究对象,通过室内风蚀风洞试验研究路基的风蚀破坏规律,以及路基不同断面对风沙流运动的影响。以路基高度、路基边坡坡率和路基宽度作为路基断面主要设计参数,研究不同路基断面下风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,以及路基周围风速流场的变化特征,分析路基病害较未病害时路基周围流场的变化。试验结果表明：路基高度和边坡坡率对风沙流运动的影响较大。随路基高度增加,路基对风沙流流场扰动增强,迎风坡坡顶处吹蚀破坏和背风坡坡底处堆蚀破坏越显著,在确定的路基边坡坡率下,路基模型高度为250 mm较模型高度为60 mm时,迎风坡坡顶风速增加1.13倍,背风坡坡底风速减小2.53倍,建议沙漠公路路基高度宜小于2.5 m。进一步,在确定的路基高度下,比较不同的边坡坡率对路基沿程风速的影响,发现当路基边坡坡率为1:1.75时,路基沿程风速变化不明显,沙漠公路风沙土路基不宜被风蚀破坏。     

橡胶颗粒改良粉煤灰土的动力特性试验研究

对橡胶颗粒改良粉煤灰土的动强度、动模量、黏聚力和内摩擦角进行了动三轴试验研究,并将试验结果与粉煤灰土的动力特性加以对比,分析表明：粉煤灰土及橡胶颗粒改良粉煤灰土在同一围压下动强度均随破坏周数的增加而减小;在同一破坏周数下动强度随着围压的增加而增加;粉煤灰土的黏聚力为203.73 kPa,内摩擦角为11°;橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力为227.26 kPa,内摩擦角为17°,橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力增大了23.53 kPa,提高了11.55%;粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量高于橡胶颗粒改良粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量。研究表明,橡胶颗粒改良后的粉煤灰土具有动强度高、黏聚力和内摩擦角大的特点,从而说明橡胶颗粒改良后的粉煤灰土可以作为季冻区路基冷阻层材料     

汶川地震液化土层类型验证及土性分析

2008年5月12日汶川特大地震中,除在山区引发了大量山体滑坡、崩塌和泥石流外,在成都平原等地液化现象也十分普遍。液化主要分布在含砂、砾石和卵石等的第四系地层。依据地层分布特征和地震烈度,选择6个典型液化点（带）进行现场勘测和试验,以验证液化土层类型、了解液化土层的土性特征,并检验《建筑抗震设计规范》中液化判别方法的适应性。结果表明：(1) 典型液化点土类包含砂、砾石和卵石等,6个验证点中有2个为砂层液化(其中1个为砾砂)、3个为砾石层液化和1个为卵石层液化;(2) 与非液化地层相比,液化地层结构松散,均匀性差,颗粒大小分布曲线较平缓,不均匀系数较大,其中液化砂土级配良好,砾石和卵石级配不良;(3) 依据《建筑抗震设计规范》液化判别方法,将验证点1中砂液化判为非液化,其余5个验证点由于含较多粗颗粒,因无法进行标准贯入试验而无法进行液化判别。