双向动荷载下黄土的动剪切模量特性研究

利用SDT-20型动三轴仪探究了黄土在双向动荷载下的动剪切模量特性。试验结果表明:初始循环偏应力和径向动荷载幅值对黄土的动剪切模量-动剪应变曲线没有明显影响,其对黄土的动剪切模量-循环次数曲线却有明显影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值越大,相同循环次数下黄土的动剪切模量越小。动剪切应变相等时,黄土的动剪切模量随固结比的增大而增大。双向动荷载作用下黄土存在临界循环偏应力,其值为0 k Pa。当循环偏应力小于临界值时,动剪切模量随动剪应变的增大而增大;当循环偏应力大于临界值时,动剪切模量随动剪应变的增大而减小。利用拐点动剪切模量折减的方式,并同时结合修正Hardin-Drnevich模型,实现了对黄土在双向动荷载下动剪切模量-动剪应变关系的描述。经验证,模型的适用性较好。     

基于达维坚科夫骨架曲线的软土非线性动力本构模型研究

试验研究表明,上海地区软土的动力变形特性符合“应变软化”规律,可用达维坚科夫（Давидеков）模型描述。首先以达维坚科夫骨架曲线为基础,采用Masing法则,构造了土体加载、再卸载的动应力-应变关系滞回曲线,推导了达维坚科夫骨架曲线和卸载、再加载滞回曲线的增量剪切模量表达式。随后将土体动应力-应变关系曲线从一维推广到三维应变空间,基于FLAC3D提供的二次开发平台,编制了基于达维坚科夫骨架曲线和符合广义Masing法则的土体非线性动力本构模型计算程序,并且通过复杂加载路径验证了编制程序的正确性和合理性。以相关文献中的土体动剪切模量比 随剪应变幅值 变化,以及阻尼比 随剪应变幅值 变化的试验结果为依据,运用编制程序计算了不同剪应变幅值下的 - 和 - 曲线,并与文献试验结果进行了对比。研究结果表明,相比于工程上广泛应用的Hardin-Drnevich模型,基于达维坚科夫骨架曲线构造的本构模型所得到的软土 - 和 - 曲线能与试验结果更符合,进而验证了所建立的本构模型的合理性与实用性,其结果可用于上海地区软土场地的动力计算反应分析。     

饱和砂土最大动剪切模量的不同试验对比研究

对233个饱和砂土土样室内试验确定的最大动剪切模量和同一位置现场原位试验确定的最大动剪切模量进行了对比研究。结果表明：两者相差很大,室内试验结果基本上小于现场试验结果,埋藏深的土样相差更大;室内试验的最大动剪切模量与深度符合幂函数规律,且与砂土的密实度有关,与砂土的颗粒成分关系不大。通过工程实例,比较了2种试验最大动剪切模量对地震反应分析的影响,得到了室内试验最大动剪切模量与现场剪切波速的统计经验关系式。该经验关系式对工程场地地震反应分析具有一定的参考应用价值。     

结构性黏土的原位刚度衰减规律及数学表征

湛江组黏土作为一种高强度、高灵敏度的结构性土,其力学特性易受取样扰动的影响。通过在典型结构性黏土地层中开展自钻旁压试验(SBPT)和地震扁铲试验(SDMT),获取了土体原位剪切模量-剪应变衰减曲线(G-γ曲线),并采用Stokoe模型表征其归一化刚度衰减性状。结果表明：通过SDMT测得的地震波波速V_s计算了小应变剪切模量G₀,基于SBPT结果的非线性分析推导出土体的切线剪切模量G_t,结合G₀和G_t进而获取了完整的原位刚度衰减曲线;不同深度处的土体原位剪切模量G随剪应变γ增加均呈双曲线形的衰减规律,证明结构性黏土的力学性能具有非线性特征;随着土层深度增加,结构性黏土的原位刚度参数在γ≤10^-3%条件下呈增大趋势,在γ>1%条件下几乎不变;归一化的原位G-γ曲线与Stokoe模型计算结果基本吻合,说明采用Stokoe模型能够准确、合理地描述土体原位刚度衰减特征。该研究可为湛江组黏土地层的岩土工程建设提供设计参数,也可为类似地层的刚度分析提供参考。     

考虑微结构特征的黄土动力特性影响因素研究

选取1920年海原地震震中滑坡密集分布区宁夏回族自治区西吉县庞湾乡的黄土,分别进行了不同围压,不同含水率条件下的原状、重塑土动三轴试验。结合动三轴试验前后的微观变化图像,探讨围压和水分对黄土试样土颗粒的作用机制,从微结构的角度阐释了两者对黄土动力特性影响的特点。研究结果表明:所取试样动剪切模量与动剪应变的关系可以用H-D模型的推导式拟合,随含水率增加,围压减小,参数a,b值增大;水分在原状试样和重塑试样的作用不同,随着含水率的增加,动剪切模量降低,阻尼比增大,原状试样动剪切模量和阻尼比的变化速率先快后慢,而重塑试样相应值的变化速率先慢后快;除了水分和围压等外在条件的影响,土样本身土体的微观特征如孔隙分布、颗粒大小、粒间间距、联结方式、密实程度等因素对土体动剪切模量和阻尼比等宏观特性产生重要影响。     

上海软土动剪切模量衰减规律的试验研究

为了获得上海软土在循环动力荷载作用下的动力特性,特别是动剪切模量的衰减规律,采用原状第④层上海软土进行等向固结不排水动三轴试验,分析了加载频率和动应力比 对动剪切模量的影响。试验结果表明,对于上海第④层软土,动应力比达到0.2时,土样才发生破坏;土样的剪切模量-累积轴应变曲线不受加载频率和动应力比的影响;剪切模量的衰减下降主要发生在轴应变0～1%区间。最后提出了一个描述剪切模量衰减规律的数学模型。     

土动力参数对土层动力反应的影响

本文通过关便指出了不同的土动力特性经验关系对土层地震反应的分析结果将产生不同的影响，特别是对大震作用下的土层反应，这一计算结果可作为有关部门制定相关规范的参考。     

干湿过程中膨胀土最大剪切模量及其预测

为了研究膨胀土在天然环境下的动力特性,本文利用装有弯曲元的三轴仪对南阳膨胀土原状样和重塑样进行了最大剪切模量的测试试验。试验包括在不同围压下的饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量测试;将初始干密度相近的原状样和重塑样分别进行脱湿和吸湿,量测整个过程中最大剪切模量的变化,并结合孔隙比进行分析。试验结果表明：饱和南阳膨胀土的最大剪切模量随着围压增大而增大;脱湿过程中南阳膨胀土最大剪切模量与含水率关系曲线要高于吸湿过程的曲线,即最大剪切模量与含水率关系存在滞回特性,这主要是吸力作用的缘故;初始干密度相近条件下原状样的最大剪切模量比重塑样的要小,这是由于原状样内部存在较多大孔隙。本文最后对饱和土最大剪切模量公式进行改进,使之适用于非饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量的预测。     

P波、SH波、面波数据分析方法的对比与剪切模量的确定

地震折射法普遍用来圈定岩石和地层的几何形态。此外,也可用于提取与速度相关的信息,比如:土壤和岩石的力学性质,然而这需要一个地表下速度变化的可靠模型。对折射P 波和SH波的首波以及表面波数据进行分析有3种不同的技术: 追逐时距曲线的延迟时间法, 层析成像法和面波多波分析(MASW)法。从前两种方法的比较结果看,对于高分辨率分层使用传统的追逐时距曲线的延迟时间法是最好的,层析成像法(P波测量)不能发现地下水位面,但是可测量到地下水位面附近速度的逐渐变化;另一方面, 对于介质速度的逐渐增加,传统的SH波的探测无用,但层析成像法却较适合。 此外, 层析成像法或 MASW法适宜用来建立细微的空间速度变化模型,与折射SH波层析成像法相比,MASW法显示略低的速度,而显示的速度梯度也是反向的。 这项研究同样适用于原位剪切模量的比较, 等等。也就是用剪切波速度进行计算, 并采用经验关系确定剪切模量,对于砂的剪切模量,相对于原位测量,经验关系值要更大一些。     

砂土与EPS颗粒混合的轻质土的动剪切模量衰减特性分析

动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土（LSES）的割线剪切模量Gsec随着剪应变的累积会发生衰减，基于不同水泥掺量和EPS含量的LSES试样的动三轴试验结果，建立了与围压、剪应变、水泥掺量等因素相关的Gsec的经验衰减模型。通过比较发现，LSES与砂及胶结砂的Gsec衰减模型具有一定相似性，即Gsec与yd呈双曲线关系，与σc为指数关系。此外，由于水泥胶结的约束作用，Gsec对σc的依存度随水泥掺量的增加而减小，这种依存程度通过参数n反映出来，但当水泥掺量达到10％时n随其的变化就不明显了，这是因为胶结强度已经增大到使得LSES中颗粒间的相对位置不易发生错动的程度。