合肥膨胀土动弹性模量与阻尼比试验研究

以合肥膨胀土为研究对象,利用GDS真动三轴仪对土体进行循环动荷载试验,研究不同围压、固结应力比对土体动弹性模量及阻尼比的影响规律.试验结果表明,合肥膨胀土的骨干曲线可以由双曲线描述;在相同条件下,动弹性模量随着围压、固结应力比的增大而增大,随着动应变的增大先急剧减小后趋于平缓;动弹性模量的倒数与动应变呈良好的线性关系,最大动弹性模量随着围压的增大呈线性增大,给出考虑围压影响的最大动弹性模量回归方程;阻尼比随着围压、固结应力比的增大而减小,采用 Darendeli 模型及依据阻尼比与应变的经验关系,得到动模量比衰减模型及阻尼比模型;不同围压、固结应力比下阻尼比与动模量比的关系归一化后可以由修正Hardin-Drnevich公式描述.     

循环荷载作用下近海粉土工作性状的试验研究

选用杭州湾区域的近海粉土为研究对象,采用固结不排水动三轴试验,研究低围压、小频率的循环荷载对粉土动力响应的影响,分析并模拟在不同频率、不同固结比的工作状况下,近海粉土的应变、动强度、孔隙水压力的变化规律;比较采用不同破坏标准的情况下近海粉土的动强度曲线和土体发生液化的可能性,探讨了动强度临界值的存在;提出了适合该地区近海粉土孔压发展的模型,并确定了模型参数,为研究近海粉土土体的稳定性及海洋构筑物的安全性提供科学依据.     

循环荷载下软土动弹性模量衰减规律研究

为了研究循环荷载作用下软土动弹性模量的衰减规律,通过室内动三轴试验,详细研究了循环荷载作用下初始偏移应力、荷载频率、超固结比以及循环应力比等对软土动弹性模量衰减的影响.试验结果表明,随着应变的增大,不同频率荷载作用下土样的动弹性模量逐渐减小,但频率的变化对动弹性模量的衰减规律影响很小;在相同的动应变水平下,随着初始偏移应力的增加,土体动弹性模量有较大幅度的增加;对于超固结比较大的土体,其动弹性模量衰减较小,超固结比较小的土体,其动弹性模量随应变增大衰减较大.通过对试验结果进行回归分析,得到了软土在循环荷载作用下动弹性模量衰减的经验公式     

双向动荷载饱和粉土孔隙水压力研究

地震引起的土体液化是导致地基失稳和上部结构受损的直接原因之一.利用美国GCTS空心圆柱扭剪仪,以天津地区海相可液化粉土为研究用土进行振动试验研究,对不同相位差的应力与孔隙水压力进行了分析,结果表明：双向动荷载不同相位差条件下动孔压增速不同,其中相位差为180°时孔压增长最快,相位差为0°和270°时孔压增长规律非常接近;土样在不同相位差双向动荷载作用下,相位差为180°时最先达到状态转换面,粉土振动最激烈、最先液化;围压、相位差对剪胀影响很小.     

风积沙在循环荷载作用下的变形特性试验研究

通过动三轴试验研究了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,分析了围压、循环荷载大小、偏压固结比、初始静偏应力和循环荷载作用频率对累积塑性应变的影响,得出了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,根据循环荷载的大小应变类型可以分为4种:稳定型、缓慢增加型、匀速增加型和突然增大型。当围压为20kPa时,其临界动应力水平D的取值范围为:0.27D0.33。风积沙的累积塑性应变随着循环荷载大小、初始静偏应力的增加而增大,随着围压、偏压固结比和荷载作用频率的增加而减小。提出了一种针对动应力水平较低时风积沙累积塑性应变模型,并验证了模型的正确性。     

应力状态对粗颗粒材料动力特性影响试验研究

土石坝在运营过程中,不同部位往往处于不同的应力水平,坝体在遭遇地震工况下,则导致坝体内部不同部位会产生不同的地震附加应力,应力状态是影响粗颗粒材料动力特性的重要因素。为研究地震过程中应力状态的变化对坝体抗震性能的影响,本文开展了不同围压、不同固结应力比及不同动应力条件下粗颗粒材料动力特性试验研究工作,研究表明：不同围压下最大动弹性模量值随着围压和固结应力比的提高逐渐增大,随着动应变的增大呈逐渐衰减趋势,衰减率随着围压和固结应力比的增加逐渐减慢;不同围压下阻尼比随着动应变的增大呈逐渐增大趋势;随着围压增加,阻尼比λ呈逐渐减小趋势;各级围压下最大动弹性模量值及阻尼比值均比较分散,而不能依靠动应变对其进行归一化描述。在相同围压和固结应力比作用下,随着动应力的提高,动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加;在相同围压和动应力作用下,动永久轴向变形随着固结应力比的提高而增加,动永久体积变形随着固结应力比的提高而略有降低;在相同的固结应力比和动应力作用下,随着围压的提高,动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加;轴向动应变幅值是不均匀的,一般开始几周较大,后期会逐渐变小,一般在第10次循环左右,轴向动应变幅值就逐渐趋向于定值。     

高应力条件下双向激振时尾粉砂的动力特性

强地震荷载作用下P波(纵波)对土体的作用不可忽略,然而传统采用单向振动分析循环荷载作用下土体动力特性的方法往往忽略了纵波对土体动力稳定性的影响。为研究高应力条件下尾粉砂的动力特性,采用双向激振循环荷载模拟地震荷载,开展了一系列不同围压、动剪应力比、固结应力比下的双向振动三轴试验。研究结果表明：在双向循环荷载作用下,等压和偏压固结时饱和尾粉砂试样均存在转折累积塑性变形εtp,且在等压和偏压固结时转折累积塑性变形εtp的值与其对应的振次随着动应力幅值的增大呈相反的线性关系;围压对尾粉砂累积孔压增长曲线的形态具有显著的影响,围压相同时,动剪应力比、固结应力比的改变对累积孔压的增长曲线形态影响不大;随着围压的增大,在等压和偏压固结条件下尾粉砂的累积孔压增长曲线主要有两种发展模式,分别为3和4个发展阶段。同时,通过对试验结果的分析,提出尾粉砂在高应力条件下考虑多因素时的累积孔压增长模型,并得到等压固结和偏压固结时该模型的两种表现形式。该成果对地震荷载作用下尾矿坝体的动力稳定性研究具有一定的参考意义。     

循环荷载下冻土的动阻尼比试验研究

在大量低温动三轴试验资料基础上，对冻土的动应力－应变关系试验成果进行了分析，给出试验温度、围压、土的含水量、轴向动荷载的振动频率和振动次数等对冻土的阻尼比的影响关系，得出了冻土温度、围压、频率是影响冻结粉质粘土动阻尼比的主要因素，即随着温度的降低、围压的减小、振动频率的增加。冻土的阻尼比减小的结论，从而为进一步深入开展冻土场地动力特性研究提供了基础的试验资料与研究结果。     

交通荷载下软土的变形及微结构演化特征

为探讨交通荷载作用下软土变形特征及微结构演化,对中国深圳前海地区软土进行动三轴试验,并将试验后的土样进行微结构制样及电镜扫描,解释动三轴试验中土样的变形机理.动三轴和微观结构测试结果表明,临界动应力比随试验条件而变化,围压增加,软土临界动应力比减小,振动频率增加,临界动应力比增加.当动应力比小于临界动应力比时,随着动应力比增加,孔隙受到压缩而趋于扁平化,累积轴向应变增加.而相同动应力比条件下,轴向应变随振动频率增加而减小,随有效固结围压增加而降低.超过临界动应力比后,土体原结构发生破坏,颗粒重新排列导致孔隙普遍加大,孔隙扁平化加剧.     

地铁隧道基底饱水风化软岩动力特性试验研究

为探究在列车长期循环荷载作用下地铁隧道基底风化软岩的累积塑性应变变化规律,以南昌地铁基底泥质粉砂岩为研究对象,开展不同风化程度饱水泥质粉砂岩在动应力比、静偏应力比、围压和频率等工况的室内动三轴试验,研究在不同影响因素下饱水风化泥质粉砂岩的动力变形特性规律。结果表明：在不同影响因素下,全、中风化泥质粉砂岩累积应变分别在加载1 000、100次开始趋于稳定;全风化泥质粉砂岩的临界动应力比在0.3~0.4之间;与不同动应力比和静偏应力比情况相比,改变围压和频率对两种风化泥质粉砂岩累积应变影响不大;通过分析试验结果数据,提出考虑加载次数、动应力比等因素的累积塑性应变数学模型。     

间歇性循环荷载下原状淤泥质软黏土应变预测模型

针对以往交通荷载下软土塑性应变的研究大多忽视时间间歇影响的问题,考虑不同相对偏应力水平和停振比,设计不排水连续和停振循环三轴试验,对试样采用沿K₀线的应力路径固结,研究原状淤泥质软黏土在列车间歇性荷载下的长期应变发展规律. 通过分析连续振动试验结果,发现相对偏应力水平对归一化塑性应变增长率与振次的关系无影响,仅影响等效初次塑性应变. 由于在间歇期土体强度增加,在间歇性循环加载下软土归一化应变增长率显著减小,并且趋于稳定所需的振次随之减少. 基于双曲函数拟合结果,分析停振比对归一化应变增长率的影响规律,发现归一化增长率与振次的关系曲线的形状参数与停振比线性相关. 建立考虑间歇效应的塑性应变长期发展曲线预测模型,该模型由等效初次塑性应变计算模型和归一化增长率计算模型两部分组成,经验证模型预测效果较好,可以用于地铁荷载下软土地基长期应变的计算分析.     

间歇性循环荷载作用下细粒土的变形特性

铁路路基承受的列车动荷载作用由列车通过时产生的周期性振动和无列车通过时的加载间歇组成, 针对此工程背景,开展不同围压、水的质量分数、动应力条件下的连续加载与加载-停振的动三轴试验,研究间歇性循环荷载作用下细粒土的超孔隙水压力、弹性应变、回弹模量和累积塑性应变的变化规律. 试验结果表明,加载间歇对路基变形特性有显著影响. 由于加载间歇阶段试样卸载以及排水作用,试样在加载阶段积累的超孔隙水压力在间歇阶段消散,土体内部颗粒及结构得到调整,试样抵抗后续荷载的能力得到提高. 此外,加载间歇显著减缓了后续加载阶段的塑性应变发展,降低了试样的累积塑性应变. 加载间歇对提高试样回弹模量、降低弹性应变的效果有限. 加载-停振的间歇加载方式可以更准确地模拟实际列车荷载作用,进而获得更具实际意义的试验结果.     

加载方向对层状构造冻结粉土抗压强度的影响

在不同温度和应变率条件下分别垂直和平行冰层对层状构造冻结粉土进行了单轴抗压强度试验,分析了2种不同加载方向对层状构造冻结粉土力学性质的影响.结果表明：垂直冰层加载时层状构造冻结粉土的应力-应变关系呈弹塑型,平行冰层加载时应力-应变关系呈黏弹塑型;相同条件下垂直冰层加载比平行冰层加载时的抗压强度和破坏应变大,二者抗压强度的差异程度与温度和应变率无关,破坏应变的差异程度与温度无关,但随着应变率降低差异程度逐渐增大;层状构造冻土的破坏主要受控于分凝冰,不同加载方向下层状构造冻土的损伤演化过程存在显著差异.     

循环荷载作用下非饱和盐化粉土动力特性

西北地区机场若采用盐化粉土进行道基填筑,在飞机滑行荷载重复作用下,道基累积变形将成为影响机场服役性能的关键。为此,选取北方某地区粉土开展动三轴试验,研究循环荷载下不同含盐量(质量分数)对粉土动力特性的影响,并提出以累积塑性应变4%作为道基破坏标准的盐化粉土动强度预测模型。结果表明：随动应力幅值的增加,盐化粉土塑性变形逐渐由塑性安定状态向增量破坏转变;含盐量对粉土累积轴向应变、动模量、临界动应力有明显影响;相同动应力幅值下,当含盐量由0增加至5%时,试样累积轴向应变以1%含盐量为界限呈先减小后增加的趋势;低动应力幅值下,试样动模量随含盐量增加而逐渐衰减;从微观上对盐化粉土在1%低含盐量时强度短暂增强、高含盐量时强度逐渐衰减的现象进行分析,盐化粉土试样强度与土体孔隙中离子浓度以及土体颗粒排列方式有关;根据盐化粉土动强度预测模型,可得1%含盐量的土体塑性安定临界值约为5%含盐量土体的2.2倍。研究结果可为盐化粉土地区机场道基承荷能力设计提供参考。     

流体输送管道水击载荷动力学模拟分析

在流体输送管道中，因各种原因会发生水击现象，从而对管道以及管线上的设备造成危害。为深入了解管线水击现象的产生与发展过程、压力波动及其不稳定载荷对管道结构的影响并预防水击所带来的破坏作用，用管道应力分析、设计软件CAESARⅡ建立了某输送管线突然停泵造成管线中的压力波动影响的管道动力学模型，根据水击载荷频谱分析了在水击载荷动力作用下输送管道内各关键点的位移、应力和支反力，同时进行了输送管道系统的模态分析和固有频率分析。这些结果为合理设计输送管道、管道强度设计和消除水击现象提供了参考依据。     

运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯（HDPE）管道现场爆破试验,分析不同工况条件下（不同药量、不同爆破心距）无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态（即不同充水水位高度）HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准. 研究结果表明：当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.     

High strain rate compressive strength behavior of cemented paste backfill using split Hopkinson pressure bar

The stability of cemented paste backfill(CPB) is threatened by dynamic disturbance, but the conventional low strain rate laboratory pressure test has difficulty achieving this research purpose. Therefore, a split Hopkinson pressure bar(SHPB) was utilized to investigate the high strain rate compressive behavior of CPB with dynamic loads of 0.4, 0.8, and 1.2 MPa. And the failure modes were determined by macro and micro analysis. CPB with different cement-to-tailings ratios, solid mass concentrations, and curing ages was prepared to conduct the SHPB test. The results showed that increasing the cement content, tailings content, and curing age can improve the dynamic compressive strength and elastic modulus. Under an impact load, a higher strain rate can lead to larger increasing times of the dynamic compressive strength when compared with static loading. And the dynamic compressive strength of CPB has an exponential correlation with the strain rate. The macroscopic failure modes indicated that CPB is more seriously damaged under dynamic loading. The local damage was enhanced, and fine cracks were formed in the interior of the CPB. This is because the CPB cannot dissipate the energy of the high strain rate stress wave in a short loading period.     

新型空心圆柱仪的研制与应用

为研究交通、波浪等荷载产生的主应力轴循环旋转应力路径对土体性状的影响，研制了可以在轴力、扭矩中高频率下共同变载的空心圆柱仪（HCA），并分析了设备的技术参数和性能指标.在静态试验环境下，设备的内外围压、轴力和扭矩均可独立控制；在动态试验环境下，轴力和扭矩可作任意波形周期变化，变载频率可达5 Hz.传感器工作性能稳定，测量精度高，有多重校合，并配备了非接触式水下应变传感器.通过开发专用切样装置，利用该设备对原状黏土样进行初步试验，分别验证了仪器实现主应力轴旋转特殊应力路径以及在中、高频率下轴力和扭矩的任意波形变载功能，说明此空心圆柱仪具备模拟包括主应力轴旋转在内的复杂应力路径的工作能力.     

冻融饱和粉砂动力性能试验

在软土地区,例如上海,98%的地铁联络通道、地下泵房以及越江隧道采用冻结法施工,但土体的冻胀融沉对地下建筑及周围环境的影响显著.尽管冻土的物理、力学特性得到较多关注,关于饱和冻融土动力特性的研究还不是很充分.试验设计了制样-脱模装置和饱和-冻融方法,采用动三轴系统进行冻融饱和粉砂动力试验.结果表明:制样-脱模装置和冻融、饱和方法满足粉砂制样、冻融和饱和要求.重塑粉砂高度、体积冻胀率随温度降低而增大,原状粉砂规律不明显.轴向应变与动孔隙水压力密切相关,动孔隙水压力前期迅速增加,随后震荡调整,约275次附近出现峰值,随后下降并维持一个相对恒定值.冻结温度-30℃时,土样累积塑性变形最大,冻结温度-20℃时,土样累积塑性变形最小,-10℃取得中间值.总体上,累积塑性应变随振动频率增加而减小,围压增大、动应力幅值减少能显著减小粉砂的累积塑性变形.提出的改进Stewart半对数累积塑性变形模型可以预测冻融饱和粉砂的累积塑性变形.     

三轴卸荷条件下煤体力学特性和能量耗散演化

孤岛工作面煤体和巷道受周边开采扰动影响,煤体受循环荷载作用存在卸荷力学行为而表现出动态破坏特性.为探讨不同路径下煤体力学特性,利用TAW-2000三轴电液伺服刚性试验机分别进行常规三轴(T)、三轴循环荷载(TC)以及相应卸围压试验(TU、TCU),分析不同围压下煤体卸围压强度、变形、声发射事件以及能量耗散演化特征,开展...