饱和砂土振动孔隙水压力试验研究

本文通过对三轴振动试验成果的分析,证明饱和砂土由于振动而产生的孔隙水压力所受到应力条件的影响应包括“静水压力”和剪应力两个部分。因此,不但需要考虑主应力值σ1和而且还需要考虑主应力比σ1/σ3的影响。试验还指出,砂土颗粒骨架结构的抗振稳定性还显著地与砂土颗粒排列状态和它们形成的历史过程有关。这个关系不能够简单地用砂土密度来衡量。     

多力系扭转流变仪

多力系扭转仪,又名三轴扭转仪,是一种新型的土力学试验设备。根据这类仪器的试验原理,结合作者研究工作的具体要求而研制的多力系扭转流变仪,其加荷系统的示意图如图1所示.试样是一空心圆柱体,承受着静水压力σ_2,扭剪力矩M,轴向应力P.该仪器具有下述特点.(一)均匀的应力～应变分布;(二)能更广泛地模拟工程建筑中土体所处的实际应力条件.如中主应力σ_2可从σ_3变到σ_1,大主应力σ_1     

基于离散元的颗粒材料三维临界状态与剪胀特性研究

临界状态通常作为砂土等颗粒材料本构模型中的一种参考状态,是经典土力学框架的一个重要组成部分。根据砂土的细观结构特性,一些学者提出了描述砂土内部结构特性的状态参量,建立了状态相关的剪胀模型。然而受试验条件的限制,目前多采用常规三轴试验研究颗粒材料的临界状态和剪胀特性,未考虑中主应力因素。已有研究表明加载路径对颗粒材料的力学特性有一定影响,本文采用离散单元法模拟了颗粒材料真三轴应力路径试验,分析了加载过程中颗粒材料的应力应变特性及中主应力对临界状态的影响。结果表明:颗粒材料的临界状态线(CSL)在e-lg p平面内是唯一的,与中主应力系数无关。临界状态应力比与应力罗德角的关系可以采用角隅函数近似表达。基于状态相关的剪胀理论,采用Lode角的函数(角隅函数)表示模型参数,提出一个新的应力-剪胀模型。数值试验结果表明,本文采用的三维剪胀模型能够较好地反映了离散元数值模拟中颗粒材料在三维应力路径下的剪胀特性,然而公式的适用性需要更多的试验验证和理论研究。     

考虑剪切中主应力方向的砂土本构模型

考虑状态依赖性的弹塑性本构模型是当前现代砂土本构理论发展的一个主流方向,目前所引用的状态参量虽能够反映孔隙比与平均有效应力的联合效应,但尚不能反映剪切过程中的主应力方向对砂土应力-应变关系的影响.大量复杂应力条件下的空心扭剪试验证明,剪切中的主应力方向对砂土的变形和强度特性具有重要的影响.本文基于考虑砂土状态依赖性的本构理论,提出了一个含有主应力方向的砂土状态参量,并将其同时引入剪胀方程和塑性模量,以此为基础建立了一个能够反映剪切中主应力方向的砂土弹塑性本构模型.通过同相关试验数据的对比和分析,验证了该模型可以较好地模拟砂土在不同主应力方向下的应力-应变关系.     

考虑剪切中主应力方向的砂土本构模型

考虑状态依赖性的弹塑性本构模型是当前现代砂土本构理论发展的一个主流方向，但目前所引用的状态参量虽能够反映孔隙比与平均有效应力的联合效应，但尚不能反映剪切过程中的主应力方向对砂土应力—应变关系的影响。大量复杂应力条件下的空心扭剪试验证明，剪切中的主应力方向对砂土的变形和强度特性具有重要的影响。本文在考虑砂土状态依赖性的本构理论的基础上，提出了一个含有主应力方向的砂土状态参量，并将其同时引入剪胀方程和塑性模量，以此为基础建立了一个能够反映剪切中主应力方向的砂土弹塑性本构模型，通过同相关试验数据的对比和分析，验证了该模型可以较好地模拟砂土在不同主应力方向下的应力—应变关系。     

动主应力轴连续旋转下砂土的动强度

本文介绍用双向振动的动力扭剪仪模拟海洋波浪的中载形式，通过系统试验和对动主应力轴旋转和常规动扭剪试验结果的对比表明，考虑动主应力轴旋转，砂土的动强度将降低１５％左右。     

平面应变仪的研制及试验实例分析

本文介绍的平面应变仪,试样尺寸为长10厘米、宽5厘米、高10厘米,采用柔性加压袋施加小主应力,小型土压力盒量测中主应力,刚性端板施加大主应力,并能量测试样中的孔隙压力和体积变化。文中同时介绍了σ_1=σ_3固结条件下的剪切试验和K_0固结条件下的剪切试验,以及按八面体应力状态进行成果整理的方法,并与轴对称三轴试验成果进行了对比,提出了土的应力状态对其抗剪强度破坏标准产生影响的几点看法。     

过水湾水库拱坝应力分析及施工温度控制措施研究

以过水湾水库为研究对象,研究拱坝应力分布特征及施工温度控制措施。结果表明:上、下游侧各部位最大主应力σ_1变化趋势几乎一致,仅存在量值上的细微不同。由于工况四水位较低,造成拱坝受温度影响较为剧烈,其他工况左、右拱端σ_1整体呈减小趋势,拱冠σ_1随着坝体高程而减小。冷水管间距越小降低混凝土温度效果越好,但过于密集将会在坝体表面形成拉应力,造成混凝土出现裂缝,综合考虑选取2m×1m作为混凝土降温布置方案。     

初始主应力方向对饱和中密砂动力特性影响的试验研究

利用空心圆柱扭剪仪,以相对密度为50%的饱和中密砂为研究对象,在不同初始主应力方向角的固结条件下,进行了能够模拟海洋波浪荷载作用下主应力轴连续旋转的循环耦合剪切试验。通过试验着重探讨了初始主应力方向对砂土的动强度、孔隙水压力增长特性和残余应变发展的影响,并建立了孔隙水压力和残余应变随相对有效广义偏应力比的增长模式。试验研究表明:在振动过程中主应力轴连续旋转的条件下,初始主应力方向对砂土的动强度有显著的影响,当初始主应力方向角从0°增大到90°,土体的动强度降低可达30%左右。     

改进的粗粒土破坏准则及其初步验证

提出了一个改进的粗粒土破坏准则,推导的φ_b—b(b是反映大、中、小主应力σ_1、σ_2、σ_3相对大小的参数,φ_b为不同b值时的综合内摩擦角)关系表明,随着b的增大,φb先增大后减小,但减幅不大;对于任意φ_0(φ_0为b=0时的综合内摩擦角),都有φ_1φ_0(φ_1为b=1时的综合内摩擦角),且φ_0越大,φ_b增幅越大,表明中主应力对内摩擦角的影响越显著;与Lade-Duncan准则及Mastsuok-Nakai准则相比,改进准则的φ_b—b关系与保持σ3与b为某一定值时的试验值更接近;在π平面上,改进的破坏准则介于Lade-Duncan准则及Mastsuok-Nakai准则之间,M0(M0为某一σ_3下b=0时的破坏应力比)较小时,准则的破坏轨迹形状近似于圆形,随着M0的增大,其破坏轨迹趋于一个等边三角形。某坝粗粒土真三轴p、b一定时的试验结果表明:按改进准则所得破坏轨迹较Lade-Duncan准则及Mastsuok-Nakai准则与试验值更加吻合,验证了改进破坏准则的合理性。     

主应力方向偏转条件下粘性土的变形特性

在研究土体应力应变关系时,应力路径的影响因素是主要研究内容之一。在实际工程中,由于在土体上部加荷,土体中不同位置的主应力方向发生偏转,这是应力路径的一个重要特征。本文介绍了用单剪仪和空心圆柱扭剪仪进行的试验研究成果。试验资料表明,不同应力洛德角θ_σ(相应于不同主应力方向偏转角θ_α)其应力应变关系可用双曲线拟合,但不能归一化,即初始切线斜率和极限应力不同。这说明,第三主应力不变量对应力应变关系和剪切强度存有影响。对剪切强度的影响可用应力状态函数ψ(θ_σ)表示。同时证明,对复杂加荷条件,广义剪应变增量方向不仅是f/q的函数,而且也是(f/θ_σ)/q的函数。因此,不论p—q平面,还是π平面,塑性势函数等于屈服函数,流动规律是相适应的。     

半无限粘弹性地基对重力坝动力特性的影响

本文利用了文献[1]给出的半无限粘弹性地基表面动刚度系数,用子结构拼接法得到了考虑地基影响后的动力方程,然后用摄动法近似地求解了复本征值问题,分析了半无限粘弹性地基对重力坝自振周期、最大地震惯性力和最大地震应力的影响.从而可把文献[2]给出的最大地震惯性力Q_(max)和最大地震竖向应力σ_(max)进一步表示为Q_(max)=Q_1α_Qγ_Qψ_Q和σ_(max)=σ_1α_σγ_σψ_σ,ψ_Q和ψ_σ分别为最大地震惯性力和最大地震应力的地基影响系数.     

中间主应力对岩体力学特性影响的试验研究

采用LY-C拉压真三轴仪对完整岩体和节理岩体模型进行了试验研究,结果表明,σ1随着中间主应力的增大有所提高.在中间主应力较低时,岩石呈现出延性,但随着中间主应力的增加,岩石特征向脆性转变.岩石破坏不仅取决于应力差(σ1-σ3),而且与中间主应力关系密切.主应力方向对节理岩体的极限强度有较大影响.     

双剪理论及其应用介绍

近年来,双剪理论正在不断地得到完善和推广,并开始引入岩土力学研究领域.双剪应力屈服准则不但考虑了岩土材料拉、压极限不相等的问题,而且还考虑了中间主应力σ_2的影响.它具有明确的物理概念,简单的数学表达式,对材料性能的实验要求少而简单,且理论与实验结果相符.由于该准则具有较大的弹性范围,因此可产生一定的经济效益.本文对双剪理论及其作用作了简要介绍.     

中主应力系数及应力路径对砂土剪切特性影响的真三轴试验研究

针对福建标准砂,进行了系列真三轴排水剪切试验,重点探讨了应力路径、中主应力系数对砂土应力-应变关系、广义剪应力比-应变关系及抗剪强度指标的影响,并利用试验实测的三轴拉伸和压缩条件下的内摩擦角及不同中应力系数条件下的强度实测值,验证了岩土材料非线性统一强度模型在π平面上的强度包线。试验结果表明,应力路径完全相同的情况下,砂土的抗剪强度q和广义剪应力比q/p随中主应力系数的增大而减小,强度指标?随中主应力系数的增大而增加;中主应力系数越大,砂土的剪胀特性越明显;不同应力路径对砂土应力-应变关系影响很大,但对应力比-应变关系及抗剪强度指标?的影响相对较小;岩土材料非线性统一强度模型能够很好地描述砂土的非线性强度特性。     

論土的剪胀性

原文指出飽和土的孔隙压力系数A_d等于剪胀系数S_d.笔者认为,虽然利用簡化的“λ”理論可以証明A_d=S_d,但事实上却并不如此,要說明这一点,首先应从理論上进行分析. 現仍采用前人的分析方法,假定土骨架的三个主应力方向的弹性模量E_1,E_2和E_3是不同的,而泊桑比v是一致的,以此来表征土的剪胀性。于是,某一土块在有效主应力增量△σ_1′,△σ_2′和△σ_3′下的     

基于应力解除法的九岭山隧道洞壁二次应力场分布规律研究

为了解九岭山隧道开挖后洞壁二次应力场分布规律及其与岩爆发生状况之间的关联性,采用应力解除法沿九岭山隧道全线选取岩体完整,受开挖扰动小的部位进行了洞壁二次应力的实测,并结合现场岩爆实际发生情况,对洞壁二次应力场的分布规律进行综合对比分析,并结合应力判据对岩爆进行了二次准确预测。研究结果表明:洞壁二次应力值与隧道埋深呈现近似线性关系,二次应力量值呈现σ_1σ_θσ_xσ_3τ_(xy)的特征;洞壁切向应力σ_θ最大为63.944 MPa,最大主应力σ_1最大值为77.17 MPa,二者量值相差7.5%,对岩爆的发生均起主导作用;洞室开挖后的洞壁切向应力σ_θ与埋深的相关系数为0.933 23,相比最大主应力σ_1与埋深的相关系数0.897 22,σ_θ与埋深的相关性更好;隧道开挖后,切向应力σ_θ在30～50 MPa范围内时可初步判定将可能发生微岩爆,σ_θ大于50 MPa时可初步判定将可能发生中等岩爆;以此为基础,再结合应力判据可对岩爆发生等级做出准确预测。研究成果为高地应力硬岩隧道岩爆预测提供新的思路。     

等应力比路径条件下堆石料的应力应变特性

根据大坝石料在填筑期主应力比（σ1／σ3）保持常数，在蓄水期应力增量比（△σ1／△σ3）为小于1的常数，在此应力路径条件下进行试验，对试验结果进行了计算分析，得出了相应的关系式和规律，并根据日本的观测资料分析，得出填筑期主应力比（σ1／σ3）约为2．7。     

颗粒材料定向剪切特性的空心圆柱离散元模拟

基于PFC3D离散元模拟平台构建空心圆柱型数值模型,研究了固定主应力方向条件下颗粒材料数值试样的定向剪切宏细观力学响应,重点分析了大主应力方向角对试样单调剪切特性的影响。数值建模中,采用"分离式簇墙"技术近似模拟室内试验橡皮膜的柔性边界效应,开发了顶部扭矩层颗粒旋转速度的"动态更新法"并较好地实现了剪应力的施加。结果表明,离散元数值模型能够较好地还原室内空心圆柱砂样定向剪切试验的应力路径和应力—应变响应;大主应力方向角α的变化显著影响数值试样的剪切强度,α=60°试样的峰值内摩擦角最低,且数值模拟得到的规律与已有的实际砂土室内试验规律相一致;数值试样剪切带的宏观演化在细观上可由试样内部局部孔隙比和配位数的变化规律来表征。     

土石坝计算中非线性模型的改进

本文在两个方面对非线性邓肯(Duncan)模型进行修正:(1)针对坝体填筑过程中σ_3随σ_1的增加而增加的状况,在全微分概念下给出了考虑△σ_3增减影响的切线模量表达式;(2)考虑轴对称与平面应变两种应力状态之间的差异,对常规三轴试验给出的计算参数进行了平面应变修正,并使这种修正程序化。通过采用4种方案对湖南铁山坝进行的应力应变计算及其与原型观测资料所作的对比分析可知,修正的邓肯模型计算结果与实测资料吻合较好。