循环荷载作用下花岗岩动力特性试验研究

 通过在RMT–150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机对取自海南昌江核电厂一期工程常规岛的微风化和中风化黑云母花岗岩进行单轴压缩变形试验和循环加卸载试验,研究花岗岩动应力–动应变曲线滞回特性和动弹性模量与阻尼比同弹性模量之间的规律,并利用广义开尔文流变模型来描述循环荷载下花岗岩的滞回曲线和能量损耗情况。研究结果表明：花岗岩在循环荷载作用下的加卸应力–应变曲线形成滞回环,随着循环数的增加,滞回环向轴向应变增大的方向移动,且越来越密集;花岗岩的滞回环面积和最大弹性应变能都随弹性模量的增加而减少,而动弹性模量则相反,阻尼比先随弹性模量的增大而增大,达到一峰值后,随弹性模量的增大而减少;广义开尔文模型可以较好地描述花岗岩的滞回曲线和能量损耗情况。研究成果对海南昌江核电厂地基的地震反应分析和场地安全性评价有着重要的参考意义。     

含黏粒砂土动力特性试验研究

为研究含黏粒砂土的动力特性,使用GDS共振柱试验仪器,以青岛地区典型含黏粒砂土为原型,利用福建标准砂和马来西亚高岭土配置试样,进行饱和排水试验,分析动剪切模量、阻尼比随动应变的变化规律及其影响因素。实验结果表明:含黏粒砂土G-γ曲线、D-γ曲线形状与无黏粒砂土类似,动剪切模量随动应变的增加而减小,阻尼比随动应变的增加而增加。对比发现,相同干密度条件下,对应同一动应变,含黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越大;无黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越小。相同围压及干密度条件下,含黏粒砂土的动剪切模量要小于无黏粒砂土,阻尼比要大于无黏粒砂土。     

考虑细粒含量的砂土液化判别双曲线模型研究

在砂土的地震液化判别模型中,大多数模型都是针对洁净砂的液化判别提出来的,忽略了其中细粒含量的影响,而细粒含量是影响砂土液化的一个重要因素,忽略细粒含量的影响会导致液化判别结果过于保守.根据中国大陆以往地震液化资料和台湾集集地震的标准贯入试验数据资料,在原始双曲线模型的基础上建立了适用于含细粒砂性土的修正的液化判别双曲线...     

山西粉土的动力特性试验研究

通过对山西地区代表性的粉土进行室内的共振柱试验及动三轴试验,研究了本地区粉土的动力特性和粉土在振动过程中孔隙水的变化规律,重点把粉土的共振柱试验结果与Seed和Idriss建议的砂土及饱和粘土的剪切模量比与剪应变(G/G0-γ)曲线和阻尼比与剪应变(D-γ)曲线的变化范围进行了对比分析。研究结果表明:粉土的剪模量比要比饱和砂土的大,其阻尼比小于砂土的阻尼比;粉土的抗液化强度与液化振次之间的关系可用乘幂函数来表示,其振动孔隙水压力的变化规律可以用二次抛物线拟合;结合了本地区的工程实践经验,可为工程设计与施工提供参考。     

某矿尾粉砂土动剪模量和阻尼比试验分析

通过动三轴仪与自振柱仪组合仪器,研究了动剪模量和阻尼比与其剪切应变之间的曲线变化特性,并利用实验数据描述了其曲线特征,同时对尾粉砂土体动力特性实验结果进行了分析,得到了一些有意义的结论。     

细粒含量对饱和珊瑚砂动力变形特性影响试验研究

为了满足南沙珊瑚岛礁及近岸军事与民事功能设施建设对珊瑚砂动力特性参数的急迫需要,系统而深入地研究珊瑚砂动力变形特性已是一项紧迫的科学任务。利用共振柱对取自南沙群岛某岛礁的珊瑚砂开展了系列动剪切模量和阻尼比特性试验研究,探究相对密度D_r、初始有效围压σ’_m、细粒含量F_C对南沙珊瑚砂动力变形的影响。试验结果表明:反映σ’_m对最大动剪切模量G_max影响程度的应力指数n是与土性相关的常数;结合文献中3类砂类土的G_max试验数据,发现随等效骨架孔隙比e_sk~*的增大各砂类土的应力修正最大动剪切模量G_max/(σ’_m/p_a)~n单调减小,且两者呈现较好的幂函数关系;在同一应变水平下,珊瑚砂动剪切模量G随Fc的增大而减小,随D_r、σ’_m的增大而增大;当剪应变γ<10^-4时,F_C、D_...     

垂向荷载作用下饱和砂土的液化分析

 博士学位论文摘要　在对近40 a 来关于饱和砂土液化的研究工作调研的基础上, 就垂向荷载作用下饱和砂土液化问题, 进行了一维应变分析, 得到了垂向荷载作用下, 饱和砂土液化的发展过程以及砂土液化区域的扩展过程这两方面的特性。首先, 在固结仪上对往复荷载作用下有侧限的饱和砂土的本构关系进行了系列实验。实验材料包括松散细砂、密实细砂、松散粗砂(分别代表不同密实度和不同颗粒粒径构成的砂土) 。实验过程中, 加卸载路径有等幅的情况, 也有任意的情况。根据实验数据给出了用双曲线表述的应力2应变关系。这种形式的表述, 既避免了用切线模量形式表述的困难, 又解决了用对数形式表述的不能用于有效应力接近于零的问题; 而且形式简单, 又便于应用。接着, 考虑到砂土液化是孔隙水和骨架相互作用的结果, 将饱和砂土作为固液两相连续介质, 建立了垂向荷载作用时饱和砂土的一维应变动力学模型。该模型考虑了孔隙率的变化, 将骨架作为弹塑性材料, 且将渗透率与孔隙率的变化相联系, 使其与实际情况尽可能符合; 同时考虑在一般振动条件下的压力范围内, 可以忽略颗粒和孔隙水的压缩性, 使模型更简洁。然后, 在上述本构及动力学模型的基础上, 对饱和砂土的变形和液化发展进行了数值模拟。模拟结果表明, 垂向振动对饱和砂土的液化发展有显著的影响。在垂向振动作用下, 砂土首先在外载作用端产生局部区域的液化, 然后液化区逐渐向远处扩展, 且由于阻力的影响, 扩展速度随着液化区厚度的不断增长而逐渐减小。砂土骨架的可压缩性越大, 即砂土的初始切线模量越小、初始极限应变越大以及初始孔隙率越大, 则砂土的液化发展越快; 外载强度越高, 即外载幅值和频率越大, 砂土的液化发展越快; 砂土的渗流性越小, 排水越困难, 即初始渗透率越小, 砂土的液化发展越快。由此可认识到, 饱和砂土液化实际上是骨架和孔隙水相互作用的结果; 骨架为了抵抗外部扰动将产生压缩趋势, 从而挤压孔隙水, 力图使孔隙水排出,如果孔隙水难以排出, 两种介质的变形就出现不协调; 这就会导致骨架结构破坏、失去承载能力, 即饱和砂土发生液化。这些结果表明, 垂向荷载对饱和砂土液化的影响不可忽略。     

压扭耦合作用下粉砂土的双向动模量与阻尼比研究

为了研究振动频率和相位差对粉砂土双向动模量和阻尼比的影响,利用空心圆柱扭剪仪进行了一系列轴向与扭转向双向动荷载耦合作用的试验。结果表明:双向动荷载耦合作用下,振动频率和相位差对轴向动应力-应变关系曲线和扭转向的剪应力-应变关系曲线均有一定影响。振动频率和相位差对粉砂土的动剪切模量没有影响,只是相位差q=90°的初始动剪切模量最大。振动频率和相位差对粉砂土动压缩模量有一定影响,同一动应变处的动压缩模量随振动频率的增加先增大后减小,相位差q=0°时动压缩模量最大,q=90°的最小。振动频率对于粉砂土的动剪切阻尼比和动压缩阻尼比均没有影响,但是相位差对动剪切阻尼比和动压缩阻尼比都有较显著的影响,达到相同剪应变时,q=0°和180°时的动剪切阻尼比基本重合且明显高于q=90°的动剪切阻尼比;而相位差q=90°时的动压缩阻尼比在动应变达到0.1%之后增加较快,显著大于其他相位差的阻尼比。     

细粒含量及固结应力对饱和砂土动剪切模量和阻尼比影响试验研究

土的动剪切模量和阻尼比是描述土体动力特性的两个主要参数。利用美国GCTS公司研制的TSH-100型共振柱试验仪对等压固结条件下饱和砂土的动剪切模量和阻尼比进行测试,研究细粒含量(FC)和固结应力对动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明:各固结应力水平下,细粒含量对砂土动剪切模量和阻尼比的影响规律趋于一致。当0≤FC≤10%时,随着细粒含量的增加,砂土的动剪切模量逐渐减小,阻尼比则逐渐增大;当10%FC≤40%时,随着细粒含量的增加,砂土的动剪切模量逐渐增大,阻尼比则逐渐减小。细粒含量相同的砂土,随着固结应力的增大,动剪切模量呈增大趋势,阻尼比呈减小趋势。     

冻融循环下钢渣砂土混合料的小应变动力特性参数研究

利用GDS-RCA共振柱系统进行钢渣砂土混合料的小应变动力特性研究,分析了不同围压、配合比以及冻融循环次数的情况下动剪切模量和阻尼比的变化规律。通过试验得到了3种配合比、4种冻融循环次数在3种围压下的动剪切模量和阻尼比的曲线,采用Hardin-Drnevich双曲线进行拟合分析并对最大动剪切模量的经验模型进行预测。结果表明：钢渣砂土混合料的动剪切模量均随围压的提高而增大,随应变的增大而减小,随冻融循环次数的增加而降低;阻尼比随围压的提高而减小,随应变的增大而增大,随冻融循环次数的增加而增大;在3种配合比中,当钢渣掺量为40%时最大动剪切模量最大,不同钢渣掺量对阻尼比的影响较小。验证了钢渣砂土混合料在冻土地区地基处理中应用的可行性。     

循环荷载下砂土变形的细观数值模拟Ⅰ：松砂试验结果

采用颗粒流方法模拟不同排水条件下砂土的双轴试验，研究了循环荷载作用下松砂渐进破坏过程中配位数、接触方向、粒间接触力的演化规律，应用表征上述量的组构参数研究了砂土的诱发各向异性，探讨了饱和砂土液化、状态转换面产生的微细观机理。研究表明：宏观的液化对应于细观组构上配位数的连续累积丧失和粒间接触力的不断减小，其根本原因在于循环荷载往返过程中，组构各向异性与应力各向异性发展的不匹配。研究成果对于揭示砂土变形的细观机理以及建立砂土的细观力学模型都具有意义。     

灰土的动力特性研究

通过GDS动力三轴仪上的三轴试验研究了灰土试样的动模量和阻尼比的变化规律,并考虑了围压的影响.通过归一化处理拟和出一种简单实用的计算动模量和阻尼比的方法.通过研究得出如下结论：灰土试样的动应力应变曲线,动弹性模量E、阻尼比D和应变水平ε的相关曲线与黄土相关曲线形状基本一致;灰土的最大动弹性模量比黄土的最大动弹性模量要大出许多,但阻尼比比黄土大一些.在相同的应变水平下,随着围压的增大动模量增大,当应变增大时,模量E随之减小,阻尼比D随之增大.     

慢速往复荷载下饱和砂土变形特性试验研究

慢速往复荷载作用下土变形特性的研究不多见 ,但实际工程中土受到慢速往复荷载作用的例子很多。本文在先进的GDS应力路径三轴仪上对饱和砂土进行等围压不同周期的慢速往复荷载排水三轴试验。根据试验结果分析了饱和砂土在慢速往复荷载下的应力应变特性 ,并对饱和砂土的新特性 -卸载体缩特性进行了探讨 ,得到一些有益的结论     

细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响

利用GDS循环三轴仪,对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验,并基于Seed孔压应力模型,研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响.研究结果表明:细粒含量对砂土孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数θ的不同.含细粒砂土中细粒含量与孔压参数θ的关系不是呈单调的线性关系.参数θ先随着细粒含量的增加而...     

循环荷载下砂土变形的细观数值模拟I:松砂试验结果

采用颗粒流方法模拟不同排水条件下砂土的双轴试验,研究了循环荷载作用下松砂渐进破坏过程中配位数、接触方向、粒间接触力的演化规律,应用表征上述量的组构参数研究了砂土的诱发各向异性,探讨了饱和砂土液化、状态转换面产生的微细观机理。研究表明:宏观的液化对应于细观组构上配位数的连续累积丧失和粒间接触力的不断减小,其根本原因在于循环荷载往返过程中,组构各向异性与应力各向异性发展的不匹配。研究成果对于揭示砂土变形的细观机理以及建立砂土的细观力学模型都具有意义。     

饱和砂土动力特性的动三轴试验研究

利用GDS 10 Hz/20 kN双向振动三轴系统,进行了一系列饱和砂土不排水动三轴试验,研究了不同固结围压对饱和砂土动力特性的影响。试验结果表明:动弹性模量随动弹性应变幅的增大而减小,随围压的增大而增大;阻尼比随动弹性应变幅的增大而增大,围压对阻尼比的影响不显著,动弹性应变比较低的情况下,阻尼比有随围压增大而减小的趋势;不同围压下砂土的动强度曲线可近似地归一,其振动孔压发展模式与Seed提出的砂土的振动孔压发展模式相同,可以用反正弦三角函数拟合。     

波浪循环荷载作用下滨海软土水平向动力特性试验研究

为研究海上风电桩基在波浪荷载作用下,产生水平向循环荷载对桩基周围土体动力特性的影响,以唐山地区滨海软土为研究对象,通过室内动三轴试验,研究不同围压、动应力幅值和振动次数条件下对软土水平向动力特性的影响。结果表明:软土水平向动强度随围压增加而增加,随振动次数增加而减小;动应力幅值增大,破坏振次减小;水平向动应变εd随振动次数增加变大,且动应力幅值越大,增速越明显,变化规律遵循Monismith模型;动应力幅值改变时,软土水平向动模量变化明显,当围压减小,动弹性模量减小;曹妃甸软土水平向间具有明显的结构性,不同围压条件下,随动应力幅值增加动阻尼比均表现增大趋势。     

昔格达层填料动力特性试验研究

昔格达地层力学性质较差,同时广泛分布于地震频发的攀西地区,研究地震荷载作用下昔格达填料的动力特性具有非常重要的理论价值和工程意义。本文以攀西地区昔格达层填料为研究对象,研究了不同固结应力状态对昔格达土的动模量、阻尼比和动强度的影响,得出了昔格达土的动模量与固结应力比呈正相关,阻尼比与固结围压呈负相关,动强度随固结围压的增大而减小的规律。研究成果可以为类似工程提供参考和借鉴。     

坝料动力变形特性试验研究

在大型动力三轴仪上进行了坝料的动力变形特性试验研究,分析了围压和固结比对最大动模量、动模量衰减规律和阻尼比的影响。试验研究表明:随围压和固结应力比的提高,最大动模量增大;随应变的增大,动模量逐渐衰减;固结比对最大阻尼比影响不大,随固结比的提高最大阻尼比略有降低。基于沈珠江动力变形特性模型,提出了可以将固结比影响归一化的最大动模量和模量衰减的修正公式,该公式能很好地消除围压和固结比对模量衰减规律的影响。结合其它工程试验成果,通过小于5 mm粒径颗粒含量初步探讨了尺寸效应对动力变形特性的影响,研究表明室内试验得出的最大动模量较工程原位土体的要低,而最大阻尼比要略高。