Calibration of cyclic constitutive models by oscillating functions

Most structures are subjected to more cyclic loads during their life time than static loads. These cyclic action could be a result of either natural or man-made activities and may lead to soil failure. In order to understand the response of the foundation and its interaction with these complex cyclic loadings, various researchers have over the years developed different constitutive models. Although a lot of research is being carried out on these relatively new models, little or no details exist in literature about the model-based identification of the cyclic constitutive parameters which to a large extent govern the quality of the model output. This could be attributed to the difficulties and complexities of the inverse modeling of such complex phenomena. A variety of optimisation strategies are available for the solution of the sum of least-squares problems as usually done in the field of model calibration. However, for the back analysis (calibration) of the soil response to oscillatory load functions, this article gives insight into the model calibration challenges and also puts forward a method for the inverse modeling of cyclic loaded foundation response such that high-quality solutions are obtained with minimum computational effort.     

多年冻土区活动层冻融状况及土壤水分运移特征

利用位于典型多年冻土区的唐古拉综合观测场2007年9月1日—2008年9月1日实测活动层剖面土壤温度和水分数据,对多年冻土区活动层的冻结融化规律进行研究;同时,对冻融过程中的活动层土壤液态水含量的变化特征进行分析,探讨了活动层内部土壤水分分布特征及其运移特点对活动层冻结融化过程的影响. 结果表明：活动层融化过程从表层开始向下层土壤发展,冻结过程则会出现双向冻结现象. 一个完整的年冻融循环中活动层冻结过程耗时要远远小于融化过程. 活动层土壤经过一个冻融循环,土壤水分整体呈现下移的趋势,土壤水分逐步运移至多年冻土上限附近积累. 同时,土壤水分含量和运移特征会对活动层冻融过程产生显著的影响.     

青藏铁路多年冻土区桩基础施工中的混凝土温度控制问题

简要介绍了青藏铁路沿线多年冻土的工程特性和分布情况及其与桩基础工程间的相互影响,论述了在青藏铁路高原多年冻土区施工环境下, 被广泛应用的钻孔灌注桩在施工过程中的混凝土温度控制问题. 讨论了影响桩基回冻时间的各种因素以及混凝土入模温度控制在其中所占的地位, 提出了对青藏铁路相关施工规范中桩基混凝土部份温度指标进行适当调整的建议.     

主应力轴旋转对地铁荷载作用下 软黏土累积变形的影响

为了定量评价主应力轴旋转对地铁荷载作用下隧道下卧软黏土累积变形的影响,通过有限元方法并结合实测数据的验证对地铁荷载下地基土的应力路径进行分析;在此基础上,借助空心圆柱仪对这一复杂应力路径进行室内模拟和对比试验研究。结果表明：主应力轴旋转增大了软黏土的累积变形,且最大有效主应力比（有效最大主应力与有效最小主应力之比）越大、或加载频率越高增大更明显。在实际地铁荷载和通常隧道埋深条件下,考虑主应力轴旋转使软黏土的累积变形增加9%～23%（加载频率越高,增加越大）。可用常规循环三轴的累积变形试验结果乘以土体分别在有、无主应力轴旋转下变形的比值,来预估实际地铁荷载下软黏土的累积变形,初步研究得到该比值与土体的最大有效主应力比之间存在幂函数关系。     

基于集对分析的膨胀土胀缩性Vague集评价模型

膨胀土胀缩性等级评价是膨胀土地区工程治理中的首要问题。本文探讨了基于集对分析的膨胀土胀缩性等级评价模型,以克服膨胀土胀缩性评价指标的不确定性和复杂性。模型以Vague集描述膨胀土胀缩性等级的确定性和不确定性,并应用集对分析构造Vague集的隶属函数。通过实例应用及与其他方法评价结果的对比分析,表明该模型应用于膨胀土胀缩性等级评价是有效可行的,且具有判断结果准确、易于操作等优点。     

定向剪切应力路径下冻结黏土变形特性试验

为研究复杂应力路径下冻土的强度与变形特征,采用冻土空心圆柱仪（FHCA-300）对不同负温状态下的饱和冻结黏土开展定向剪切试验,基于不同剪切方向下冻结黏土的轴向和扭剪分量的应力-应变关系,探讨土样的剪切变形特征、各向异性属性以及剪切带的演变规律,并考察温度、大主应力方向角、平均主应力以及中主应力系数等因素对冻结黏土强度的影响。结果表明：平均主应力p值对冻结黏土的应力-应变关系影响显著,尤其是p=4.5 MPa时具有较高的剪切强度,且该值可能为压融临界p值;大主应力方向变化会诱发冻结黏土的各向异性,随着大主应力方向角的增加,冻结黏土剪切强度逐渐降低,并有明显的剪切带产生;中主应力系数的增加使得轴向强度有逐渐降低的趋势,但对剪切强度影响不明显;随着温度的降低,冻结黏土强度逐渐增大,试样发生脆性破坏并出现剪切破裂面,其剪切强度主要取决于冰颗粒和土颗粒的胶结力。     

辽宁铁岭市土壤侵蚀时空演变研究

近年来,人为活动的加剧造成铁岭地区水土流失日益严重。本文采用遥感和GIS技术,以部颁标准SL190-96对铁岭地区1991年和2001年的土壤侵蚀情况进行研究,并结合1986年和1996年的土壤侵蚀调查数据,分析了铁岭地区近15年来土壤侵蚀强度的时空变化,结果表明铁岭地区在此期间土壤侵蚀面积缓慢增长,其中强度侵蚀面积在1986~1996年间持续增长,2001年明显下降;中度侵蚀面积在1986~1996年间持续下降,2001年则明显增强;空间分析显示明显恶化的区域有西丰、开原和清河区,具明显改善的为铁岭县,而昌图和调兵山地区基本保持稳定。今后该区水保的重点应放在强度侵蚀的治理,以及土壤侵蚀等级增强的区域。     

砂土微观结构样品制备技术及量化方法研究

土体的微观结构是决定其工程特性的重要内在因素,但对于砂土而言,如何制备适合微观分析的样品以及快速准确量化结构参数一直面临诸多挑战。为此,提出一种真空冷冻干燥?注胶相结合的砂土样品制备技术,该技术可在有效去除土样水分的同时保持样品原状结构不被扰动,并可用于后续加工处理。针对不同粒度的砂土样品,分别使用扫描电子显微镜和光学显微镜对制备的试样进行观察,基于自主研发的土体微观结构定量分析系统SMAS对拍摄的照片进行精细量化分析,提出了由土颗粒数量、颗粒周长、表观孔隙率、形状系数、等效直径、分形维数和形态比等参数构成的量度指标体系对砂土样品微观结构特征进行定量评价。研究结果表明：提出的真空冷冻干燥?注胶相结合的砂土样品制备技术具有操作简单、稳定可靠等特点,能有效维持砂土的原状结构;比较而言,扫描电镜更适用于粉细砂的微观结构分析,而光学显微镜更适用于中粗砂的微观结构分析;SMAS能有效识别微观结构图像中的土颗粒及孔隙,为定量分析砂土或其他土体的微观结构特征提供了高效的工具。     

生物土壤结皮对风沙土和黄绵土膨胀特性的影响

作为重要的土壤物理性质,膨胀性在影响土壤导水性、持水性、抗蚀性以及土壤结构的形成和发育等方面发挥着重要作用。为了探讨生物土壤结皮（BSCs）土壤的膨胀特性及其主要影响因素,针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤,利用膨胀仪测定并比较了有、无藓结皮及其在不同因素（初始含水量、干湿循环、冻融循环、温度）下膨胀率的差异,分析了BSCs对土壤膨胀性的影响及其与环境因素和BSCs性质的关系。结果显示：风沙土上藓结皮的膨胀率为1.93%,较无结皮增加了8.65倍;而黄绵土上藓结皮的膨胀率为2.05%,与无结皮相比降低了76.68%。藓结皮的生物量和厚度与其膨胀率在风沙土上均呈线性正相关关系（P < 0.05）,在黄绵土上分别呈二次函数（P=0.02）和线性正相关关系（P=0.02）。初始含水量同时影响了土壤最大膨胀率和稳定膨胀时间,影响程度风沙土远大于黄绵土（包括藓结皮和无结皮）;干湿循环次数对无结皮土壤膨胀率的影响程度大于藓结皮土壤,其中风沙土和黄绵土上无结皮的膨胀率分别是50.00%~620.00%和-2.28%~10.81%,而两种土壤上藓结皮的膨胀率分别是-5.70%~10.88%和-10.24%~-21.46%;冻融循环下4种土壤的膨胀率均有不同程度的降低,降幅为0~18.54%。黄绵土无结皮的膨胀率受温度影响程度较大,50℃下黄绵土无结皮的膨胀率分别是25℃和35℃下的1.17倍和1.21倍。BSCs显著地改变了风沙土和黄绵土表层的膨胀性,其影响的程度和方向取决于土壤类型。同时,BSCs的膨胀性受含水量、温度、干湿以及冻融循环等关键因素影响。     

Soil erosion risk evaluation using GIS in the Yuanmou County, a dry-hot valley of Yunnan, China

Soil erosion is a major threat to sustainable agriculture. Evaluating regional erosion risk is increasingly needed by national and in-ternational environmental agencies. This study elaborates a model (using spatial principal component analysis [SPCA]) method for the evaluation of soil erosion risk in a representative area of dry-hot valley (Yuanmou County) at a scale of 1:100,000 using a spatial database and GIS. The model contains seven factors: elevation, slope, annual precipitation, land use, vegetation, soil, and population density. The evaluation results show that five grades of soil erosion risk: very low, low, medium, high, and very high. These are divided in the study area, and a soil erosion risk evaluation map is created. The model may be applicable to other areas of China because it utilizes spatial data that are generally available.