循环荷载作用下土的动力特性及隧道工后沉降分析

选取重塑砾质黏土作为试验土样,采用室内动三轴试验系统研究循环荷载作用下土体的模量弱化规律,并考虑多重因素下隧道工后沉降公式拟合。实验表明:累积应变与累积孔压随围压与动应力比的增大而增大,并在振动10000次达到稳定趋势,而模量模量弱化幅值呈现相反的规律。在不同激振频率下累积孔压,累积应变随频率增大而减少,模量的弱化幅值随频率增大而减小。在前人的基础上进一步考虑了激振频率对累积应变,和累计孔压公式进行拟合得到相关参数。研究成果对砾质黏性土的动力特性以及隧道工后沉降预测提供了有价值的参考。     

干湿循环条件下粉质黏土在循环荷载作用下的动力特性试验研究

利用改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪,对反复干湿循环条件下的粉质黏土进行了动三轴试验研究,探讨了其在饱和条件下干湿循环对累积塑性应变与振次关系以及对动强度特性的影响,同时分析了不同基质吸力下反复干湿循环后的动强度特性。研究表明:干湿循环对粉质黏土的变形特性有明显影响,相同动应力及振次条件下干湿循环试样的累积塑性应变小于原始试样;干湿循环后土体的临界循环动应力以及动强度明显增大;反复干湿循环后,粉质黏土的临界循环动应力和动强度随基质吸力的增加而增大,但其随基质吸力增加而增长的速率随基质吸力的增加而减小。干湿循环前后土体的电镜扫描(SEM)试验发现,干湿循环使得土颗粒排列更加紧密,干湿循环过程中试样内部并未出现微裂缝。     

细粒含量对饱和粉土动力特性影响试验研究

通过对4种细粒含量不同的重塑粉土试样的动三轴试验,探讨了细粒含量对粉土轴向应变、动剪切强度、孔压的影响。在振动频率为1 Hz、均等固结条件下三轴试验结果表明:轴向应变都是在达到某一循环周数Np时发生突变,并且迅速达到破坏应变;循环周数相同时,该粉土的动剪切强度随着细粒含量的增加而增大,并且相同的细粒含量时动剪切强度与循环周数基本呈线性关系;Seed孔压模型拟合孔隙水压力表明,细粒含量低的孔压拟合效果较好。     

贮灰场沉积粉煤灰动力特性试验研究

贮灰场沉积粉煤灰的动力特性对评价挡灰坝在地震动荷载作用下的稳定性至关重要。通过动三轴仪对两种不同干密度的沉积粉煤灰进行了三轴试验,探究了沉积粉煤灰的动应力－动应变关系、动模量、阻尼比、动孔压和动强度的变化规律。研究结果表明:不同干密度的粉煤灰动应力－动应变曲线基本呈双曲线型,与土的应力－应变曲线相似,呈弱硬化型。干密度大的试样相应的动模量越大。相同干密度下,不同围压下的阻尼比规律不明显,但阻尼比随着动应变的变化趋势符合一般土常见的规律。动应力越大,试样破坏所需的振动次数越小,且动剪应力比也越大。动孔压水平随振次的变化不大,且与振次比的关系可以归一化。同时,得到了两种沉积粉煤灰的总强度指标和有效应力指标。     

不同应力路径下结构性软土的动力特性试验研究

为分析珠三角软土在不同应力路径下的动模量和动荷载特性,选取典型灰黑色淤泥进行不同围压和动轴力的动荷载室内试验,试验结果表明:动弹性模量Edmax与固结应力σ3存在函数关系;土体的动应变化规律随动应力比与门槛动应力比Rt和临界动应力比Rc之间的关系变化而变化;在不同围压σ3下,动强度随着围压的增大而增大;在相同围压下,随着振次的增大,动强度减小;软土有异于砂土,在动应力下强度降低为零并发生液化现象;在一定的固结压力下存在临界最小动强度,与围压有关;动孔压与振次之间的关系与轴向动应变随振动次数关系类似,同门槛动应力比Rt和临界动应力比Rc有密切联系。     

粉煤灰筑坝的动力特性试验研究

利用振动三轴仪对饱和粉煤灰的动模量、阻尼比和动强度进行了试验,研究了动应变、固结压力、试样密度、初始剪应力等影响因素。试验结果表明,动模量随动应变增减成倍成量级增减,并随固结压力、试样密度、初始剪应力增减而增减,阻尼比随应变增大而增大。抗液化强度随固结压力、试样密度、初始剪应力的增加而增加,但初始剪应力的增加量是有一定限度的。     

动荷载作用下饱和粉土动力特性研究

为了分析不同动强度影响因素的动荷载作用下黄河冲洪积粉质土的动应力—动应变发展规律,模拟了一定振动频率的循环荷载的动三轴试验。试验选用郑州市东北部分布广泛的粉土,分析了动应力幅值、循环振动次数、固结围压、固结比等对粉土动力特性的影响,从动应力—动应变关系研究了动荷载作用下粉土的动力特性。试验结果表明:饱和粉土的动应力—动应变的发展与土样的动强度影响因素有关;在循环荷载作用下,因动荷载与围压比值的不同,试样呈现出三种形态;随动荷载作用次数的增加,在同等动应力幅值作用下,试样抵抗外力引起变形的能力越来越差,其弹性模量随振动次数增加而减小、随围压的增加而增大。     

非饱和花岗岩残积土动力变形特性试验研究

为了探究某高速公路工程中非饱和花岗岩残积土动力荷载作用下的变形特性,以衡阳非饱和花岗岩残积土为研究对象,采用美国GCTS公司的USTX-2000非饱和土/饱和土动静三轴试验系统进行了非饱和动三轴试验,并利用Janbu公式进行了拟合。分析了吸力、净围压等对非饱和花岗岩残积土的变形特性的影响,并对其相应的本构关系及模型参数进行了探讨。结果表明:在吸力一定情况下,动应力应变骨干曲线呈双曲线型,骨干曲线随着净围压增大向上移动,不同净围压情况下,其与吸力未呈明显的相关关系;净围压相同时,非饱和花岗岩残积土的最大动弹性模量随动应变增大而减小;吸力一定条件下,最大动弹性模量随着净围压的增大近似线性增加;相同净围压下,阻尼比随动应变的增大而增大。研究成果为工程地质问题治理提供理论依据。     

残坡积土动力特性的试验研究

利用动单剪仪研究某地震滑坡地区残坡积土的动力强度特性,针对残坡积土进行了不同固结压力、不同干密度、不同振动频率下的动单剪试验。结果表明:在振动荷载作用下,饱和和非饱和残坡积土动剪应力－动剪应变关系呈双曲线型,动荷载频率越大、震动持续时间越长、产生的动应变越大;动剪切模量随动剪应变的增加而减小,阻尼比随着动剪应变的增加而增大;固结围压、干密度和振动频率对残坡积土的最大动剪切模量有显著影响;非饱和残坡积土的动剪模量和最大动剪模量较饱和土大,阻尼比较饱和土小。试验结果为该地震滑坡地区稳定性评价提供了相关参数,为动力作用下残坡积土变形机制和动本构模型的分析提供了必要的理论基础。     

振动频率对饱和松砂动力特性影响试验研究

利用DDS-70微机控制电磁式振动三轴仪,在均压固结条件下对福建标准砂进行了不同振动频率的循环三轴试验,研究了振动频率对其动力特性的影响。研究表明:在围压相同且均压固结条件下,饱和松砂的动强度随着振动频率的增大而增大;达到同一峰值孔压的水平,振动频率越高,所需要的振次越多;对应于相同的轴向动应力,动轴向应变随着振动频率的增加,达到5%的应变所需的振次增多,动轴向应变与动孔压的发展不是一致的。振动频率越高,达到液化所需要的振动时间急剧减少,较高频率比较低频率的动荷载作用更能迅速地使饱和砂土达到某一变形、孔压和强度发挥水平,也使饱和砂土产生液化的可能性显著增大。     

穿黄工程隧洞段饱和砂土的动强度特性研究

为了解在遭遇地震的情况下,穿黄隧洞的抗震安全性能,选取穿黄隧洞地基饱和砂土为样本,进行了室内饱和固结不排水动三轴试验,研究循环动荷载作用下饱和砂土的动强度特性和孔隙水压力特性,给出了循环动荷载的大小对动强度特性和孔隙水压力特性的影响规律。结果表明：静应力状态、动应力幅及其循环次数和试样密实程度等是影响穿黄工程隧洞段地基饱和砂土动强度特性和孔隙水压力特性的主要因素。     

排水条件对土工合成材料加筋黏性土特性的影响

通过固结排水和不固结不排水条件下的三轴剪切试验，研究了加筋对黏性土体强度和应力应变关系的影响以及不同排水条件下的加筋效果。结果表明，在排水条件下，筋材与土体的相互作用相对充分，明显提高了土体的峰值强度和残余强度，且峰值后强度的降低幅度较小，改善了土体的应力应变特性；随加筋层数和筋材拉伸模量增大，加筋效果明显提高。而在不排水条件下，由于孔隙水压力的影响，筋材与土体的作用相对复杂，加筋土体的强度和变形特性以及加筋效果与排水条件下的大不相同；在剪切初期，筋材的作用几乎被超静孔隙水压力抵消，加筋甚至对强度起相反作用，使加筋试件的强度低于素土试件；仅当应变较大时，加筋对抗剪强度才有轻微的增强作用，同时，在不排水条件下，筋材拉伸模量和加筋层数提高对加筋土体强度的影响不明显，因此，在加筋土工程中，排水条件是首先要考虑的因素。     

饱和黄河岸滩粉土循环荷载后的变形强度特性

对黄河岸滩饱和粉土在固结不排水条件下进行了一系列单调加载、循环荷载后单调加载的三轴试验,研究了动应力幅值、围压及动孔压比对循环荷载后力学特性的影响,提出了可考虑围压及动孔压比影响的粉土循环荷载后单调加载应力应变关系的变形模式。试验结果表明:循环荷载作用完全液化时,动应力幅值变化对液化后力学特性的影响很小;循环荷载后单调加载的有效应力临界状态线与单调加载时相同,不受循环荷载作用历史的影响。与单调加载时相比,循环荷载后的不排水强度及初始切线模量皆产生衰化,衰化程度随动孔压比的增大而增大,初始切线模量的衰化程度更明显;不同围压下循环荷载后的不排水强度比、初始切线模量比及破坏比,皆与动孔压比之间有良好的归一化关系;粉土循环荷载后的应力应变关系可以用双曲线模型来描述,模型计算值与试验实测值基本吻合。     

黄土的动变形特性及模型研究

利用SDT-20型双向动三轴仪对原状黄土和重塑黄土的动变形特性进行研究,定性分析了不同试验参数对原状和重塑黄土动剪切模量和动剪切应变累积特性的影响。基于小应变前提,忽略试样在加载过程中的径向应变,并利用其轴向动应变推算出试样在动力加载过程中的孔隙比变化,作出e-σ_d曲线并分析了黄土试样的动力压缩特性。分析发现,和静力压缩不同,黄土的结构性在动力压缩过程中并没有表现出来,原状黄土和重塑黄土在动荷载作用下经历相似的形变过程,其e-σ_d曲线均存在明显的拐点,原状和重塑黄土均存在临界动应力σ_dc。当σ_d<σ_dc时,黄土的动变形发展缓慢;而当σ_d>σ_dc时,黄土的动变形急剧增大并迅速发生破坏。此外,提出双曲模型对黄土在循环荷载作用下的动应变累积特性进行了描述,并利用差分进化法求得模型参数,发现双曲模型可以较好地描述黄土在动荷载作用下的应变累积特性。     

尾矿粉土动力变形特性试验研究

采用GDS动三轴试验仪,对某尾矿坝的尾矿粉土筑坝料进行了动模量与阻尼比试验,研究了尾矿粉土的动应力-动应变特性,分析了围压和固结比对最大动剪切模量、动剪切模量比和阻尼比的影响,并基于沈珠江动力本构模型,提出了可以将固结比影响归一化的最大动剪切模量和模量衰减的修正公式。试验结果表明:随着围压和固结比增大,尾矿粉土的动弹性模量增大,阻尼比减小;随着动应变的增大,动剪切模量比逐渐减小,阻尼比变大;该修正公式可以将固结比和围压对最大动剪切模量和模量衰减的影响归一化,能较准确地反映尾矿粉土的动力变形特性。     

循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。     

掺砾心墙土料的动强度特性研究

为了探究掺砾心墙土料的动力特性,对其分别进行静力和动力的三轴试验,研究了不同固结比、不同掺砾比例、不同循环应力比对掺砾土动强度特性的影响。试验结果表明:动强度随固结应力比的增大先升高再降低,增大掺砾比例在一定程度上可以提高动强度,随着循环应力比增大动应变随振次增大速率变大且转折点较早出现。更多还原     

饱和砂砾土动孔压发展规律试验研究

采用多功能振动三轴仪对饱和砂砾土进行室内动三轴试验,分析不同试验条件下饱和砂砾土动孔压的变化规律,试验结果表明:在同一固结压力条件下,随着动应力幅值的增大,孔压比的上升速率增大,经过一段时间后最终的孔压比达到一定值;在同一固结压力和动应力幅值条件下,随着固结应力比的增大,孔压比的上升速率逐步减小,达到相同的孔压比时所需的振动次数也逐步增加。     

筑坝堆石料的动模量阻尼比试验研究

为研究目前在土石坝工程中遇到的长石砂岩类堆石料的动力特性,采用大型高压多功能静动三轴试验机,对某面板堆石坝长石砂岩类堆石料进行了动模量与阻尼比试验研究。分析了围压对最大动模量、动剪切模量比和阻尼比的影响,并以Hardin-Drnevich 模型为基础,确定主堆石料、过渡料和垫层料3种坝料的动模量和阻尼比等特性参数。试验结果表明:动模量随着动剪切应变的增大逐渐衰减,最大动模量随围压的提高而增大,各种材料的动剪切模量比随着动剪切应变的增大而减小,变化趋势满足Hardin-Drnevich公式,有效固结围压越大,动剪切模量比随动剪切应变衰减的速率越慢;阻尼比随着动剪切应变的增大而增大,围压越大,阻尼比越小,变化趋势可用提出的修正的Hardin-Drnevich公式进行描述。研究成果可为土石坝抗震设计与动力稳定评价提供理论基础。     

加载比对筑坝砂砾料动模量和阻尼比影响试验研究

为研究不同加载比对砂砾料动力特性的影响,利用大型动三轴试验机对NY水库筑坝砂砾料进行不同围压和加载比作用下动模量和阻尼比试验,并采用等效线性粘弹性模型分析动模量和阻尼比的变化规律.试验结果表明:等效线性模型对1/Ed与εd试验数据拟合较好,拟合度均大于0.90,不同加载比作用下砂砾料的动模量仍可用等效线性模型进行描述;围压和加载比对砂砾料动模量和阻尼比影响较大,围压相同时,随加载比的增大,砂砾料Edmax不断增大,最大阻尼比不断增大;加载比相同时,砂砾料Edmax随着围压的增大而增大;对比分析不同加载比作用下砂砾料动应力-动应变关系、动模量和阻尼比的变化,建议砂砾料动模量和阻尼比试验加载比应≥1.5.