强震区土石坝筑坝材料动力特性试验研究

以西部强震区某土石坝工程为研究对象,采用室内动三轴试验,对其坝壳料、心墙料和坝基断层料进行动力特性研究,并以Hardin-Drnevich模型为基础,确定筑坝材料的动弹模、阻尼比等特性参数。试验表明:动应变在10-6~10-5范围内,动模量与围压、固结比成正相关,随动模量的增大,相关性降低;动应变和振级的拟合指数模型则表明不同围压、固结比情况下心墙料的应变-振级曲线趋势一致,坝壳料较为离散;试验中固结围压对粗骨料阻尼比-应变曲线的影响较固结比大。土石坝筑坝材料的动力特性是进行坝工设计和动力评价的基础,试验可为强震区土石坝的动力稳定评价提供可靠的理论依据。     

砂质泥岩风化土的动力特性试验研究

以某工程场地下伏砂质泥岩风化土为研究对象,结合工程实际情况,通过循环振动三轴试验,对风化土在选定的4组固结围压状态下表现出来的动力特性进行了研究,得出了固结围压的变化对其产生的影响.在研究的固结围压范围内:固结围压对动应力-应变骨干曲线及动弹模量曲线的影响较大,骨干曲线与动弹模量曲线均随固结围压的增大而提高;最大动弹模量与固结围压间具有良好地幂函数关系,并且幂指数随着固结围压的增大呈现增长;固结围压的增大阻尼比随着减小,且减小的幅度先增大后减小;动剪模量比曲线在不同的固结围压状态下表现出了良好地归一化特性.     

筑坝料动力分析中的Bouc-Wen模型及其参数研究

Bouc-Wen光滑滞回模型因其能够描述动力荷载下的复杂非线性,广泛应用于材料的动力分析。为研究筑坝料在循环加载条件下动剪切模量和阻尼比以及累积变形等复杂动力特性,将Bouc-Wen模型应用于土体,绘制应力应变滞回圈并分析其模型参数;采用参数敏感性分析方法研究Bouc-Wen模型,并对动力试验数据进行数值模拟;讨论模型参数变化对土体应力应变滞回圈及动剪模量和阻尼比的影响。根据国内外筑坝料动力试验数据统计得到筑坝料模量衰减及阻尼比增长的均值曲线,应用MATLAB软件编制遗传算法程序确定模型参数;利用GDS动三轴仪探究糯扎渡土石坝的心墙掺砾土在循环荷载下的累积变形特性,并应用Bouc-Wen模型对循环三轴试验测得的应力应变滞回圈进行数值模拟。基于参数分析和数值拟合结果,本文提出适用于筑坝料的Bouc-Wen模型参数范围;筑坝料动剪模量衰减曲线和阻尼比增长曲线拟合结果均方误差小于0.4%;糯扎渡掺砾土循环三轴试验8个振动周期累积应变试验值与模型预测值分别为1.2%和1.18%。基于本文研究得到的模型参数范围,Bouc-Wen模型可以有效地模拟筑坝料动模量阻尼和累积变形特性,为筑坝料动力分析提供帮助。     

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.     

应变历史对黏土剪切模量和阻尼比的影响

在50 kPa1、00 kPa、300 kPa和500 kPa固结压力下,对16个土样进行高循环次数剪切试验以测定应变历史对正常固结黏土动力特性影响。实验结果表明：在排水固结阶段随着固结时间推移,剪切模量曲线上升而阻尼比曲线下降,剪切模量变化因固结压力增大更明显,25 h后两者变化趋于稳定;等幅值应变控制循环加载时,动剪模量和阻尼比在振动50周期内变化明显,之后变化趋缓,其中阻尼比随循环周数呈双曲线型变化。试验中发现明确应变历史门槛标志,其中阻尼比受其影响比动剪模量更明显,这对评估应变历史对土动力特性影响具有重要意义,值得进一步深入研究。     

聚丙烯纤维改良粉煤灰土的动力特性

在大量动三轴试验的基础上,研究了用聚丙烯纤维改良粉煤灰土的动力特性。试验结果表明:在相同围压下,改良土的动强度大于粉煤灰土的动强度,且两者的动强度都随着荷载循环次数的增加而下降,随着围压的增加而变大。当围压增大时,改良土的动强度提高幅度要大于粉煤灰土。在高围压下,纤维对试件的动强度影响较大。改良土受动应变的影响比粉煤灰土小,比较稳定。动模量Ed随动应变εd增大而递减。动应变相同时,改良土的动模量要大于粉煤灰土20%左右,改良土的阻尼比略大于粉煤灰土。     

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。     

羊拉铜矿尾矿料动力特性试验研究

以羊拉铜矿尾矿料为研究对象,按照中线法堆坝工艺要求,将羊拉铜矿尾矿砂人工配比成全尾矿、粗尾矿、细尾矿三种尾矿试样.使用DDS-70微机控制电磁式振动三轴仪,对三种尾矿砂试样进行了动强度、动本构关系、动弹模阻尼比三方面动力特性研究.确定了尾矿料的动力强度和动力参数.并探讨了颗粒组成、固结围压、固结压力比、动应力对动强度的影响.为羊拉铜矿尾矿坝在8度地震作用下的稳定性分析提供了基础资料.     

北部湾吹填场地海积软土动力特性试验

为探讨不同固结压力、固结比及动荷载频率等条件下夹持厚层软土的动力特性, 以广西北部湾吹沙填海场地下伏深厚软土层为研究对象, 利用“浸泡-加载”试验装置制备一批不同固结压力和固结比的土样开展GDS 动三轴试验, 获取海积软土的动应力-动应变曲线、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律。结果表明, 在同一动应变条件下, 动应力、动弹性模量和最大动弹性模量随着固结压力和动荷载频率的增加而增大, 随着固结比的增大而减小; 阻尼比和最大阻尼比随着固结压力和动荷载频率增加而减小,随着固结比的增加而增大。基于Hardin-Drnevich 公式建立了各影响因素变化下海积软土动弹性模量和阻尼比的数学模型, 以期为吹沙填海场地卓越周期的演化特征研究提供数据支撑。     

重塑黏土和原状粉质黏土的动力特性试验研究

试验采用单个空心试样振后固结再振的动扭剪方法与采用多个试样的常规动扭剪方法,针对重塑黏土、原状粉质黏土探讨了不同方法下两种土样的动力特性.试验结果表明:单个试样振后固结再振得到的动剪切模量G、阻尼比ξ与用多个试样的常规动扭剪方法得到的试验结果比较接近,可以认为在小应变下采用单个试样振后固结再振的试验方法是比较可靠的.同时发现卸压时的G随着固结压力的减少而降低,下降的梯度比加压时的小.重塑黏土和原状粉质黏土的G/Gmax～γ和ξ/ξmax～γ基本与试验方法和围压无关,并对模型中有关参数的影响因素做出了初步的探讨,给出了归一化动力变形关系曲线.采用单个试样进行振后固结再振的方法具有节省取样数量和减小试验操作、试样差异等因素对试验结果分析的影响,并且在试验结果可靠的基础上能够提供很多便利.     

Dynamic properties of polyurethane foam adhesive-reinforced gravels

Polyurethane foam adhesive(PFA) has been introduced as an alternative stabilizer in geotechnical applications because PFA can improve the engineering characteristics of soil by filling the pore space and generating adhesive bonding among the particles.However, the dynamic properties of PFA-reinforced soils are not well understood. To analyze the dynamic characteristics of PFA-reinforced gravels, a series of cyclic triaxial tests were carried out to investigate the shear modulus and damping ratio of PFA-reinforced gravels, and to determine the corresponding effects of the PFA content, confining pressure, consolidation stress ratio and loading frequency. The results showed that the shear modulus increased, and the damping ratio decreased as the PFA content, confining pressure and consolidation stress ratio increased. In contrast, the effect of the loading frequency, which ranged from 0.05 to 1 Hz, was negligible. A modified hyperbolic empirical model can consider the effect of the PFA content on the maximum shear modulus and predict the relationship between the normalized shear modulus and the normalized shear strain was proposed. Moreover, the upper and lower bounds of the damping ratio were also proposed.     

电厂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。试验结果可用于工程计算、类似土体及工程借鉴。     

土工格室加筋对橡胶砂动剪模量影响的试验研究

对4种质量配合比(0%,20%,30%,100%)和4种竖向固结压力下的加筋与无筋橡胶砂,进行循环单剪试验,分析土工格室加筋对橡胶砂动剪模量的影响规律。研究结果表明:加筋与无筋橡胶砂的动剪模量均随着动剪应变幅值的增大而减小,随着橡胶含量的增大而降低,随着竖向固结压力的增加而升高,动剪模量曲线均随着固结压力的增大而趋于平缓、非线性特性减弱;土工格室加筋使得橡胶砂的动剪模量有所提高,但是随着剪应变幅值和固结压力的增大,加筋的影响降低;土工格室加筋使得橡胶砂的模量比衰减延迟,但其影响亦随固结压力的增大而减弱。     

橡胶颗粒-砂混合物新型路基填料动力参数特性的试验研究

橡胶材料具有密度低、线弹性变形能力强、耐久性好、耗能大等优点,其衍生物与土体制成的混合物被广泛应用于岩土工程和交通工程领域。为研究橡胶颗粒与砂土混合物这种新型路基填料在循环列车荷载作用下的动力参数特性,进行室内固结不排水动三轴试验,分析了橡胶颗粒含量、围压以及加载频率等因素对橡胶颗粒-砂混合物动剪切模量、阻尼比等特性的影响,研究结果表明：应变一定时,混合物的动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小,随着围压的增大而增大,随着加载频率的增加而轻微减小;基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量试验结果进行拟合,得出最大动剪切模量,发现最大动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小。应变一定时,混合物的阻尼比随着橡胶颗粒含量的增大而增大,随着围压的增大而减小,加载频率对阻尼比的影响较小;基于试验结果,建立了橡胶颗粒-砂混合物阻尼比与剪切应变的关系式。最后,基于柔性橡胶颗粒与刚性砂土颗粒的微观接触特性,分析了橡胶颗粒对混合物动剪切模量以及阻尼比的影响机理。综合研究结果得出：橡胶颗粒含量不宜超过20%,此时橡胶颗粒-砂混合物作为新型路基填料的动剪切模量可以满足要求,阻尼比较大,具有良好的减震耗能效果。     

湖水位壅高条件下堰塞体土料变形特性DEM-PFV耦合模拟研究

我国西南地区多为高山峡谷地貌,易发生滑坡堵江事件,形成堰塞湖。堰塞湖水位壅高过程中,堰塞体为常剪应力路径,即剪应力保持不变,孔隙水压力不断增大。但已有的研究主要集中于固结排水剪和固结不排水剪,与堰塞湖水位壅高过程中的实际应力路径有别,因此开展常剪应力路径下堰塞体材料的变形特性研究,是深入分析湖水位壅高过程中堰塞体动态响应的有效途径。鉴于此,本文以2018年10月11日白格堰塞湖为例,以堰塞体的实际高度、漫顶前的最高堰塞湖水位及湖水位壅高过程中的实际应力路径为基础,基于细观尺度的离散元（DEM）—孔隙有限体积法（PFV）流固耦合方法,从敏感性分析的角度出发,开展了不同围压、不同初始应力条件下堰塞体土料的常剪应力剪数值模拟试验,并从材料的应力应变关系（宏观）及内部接触力（微观）的分布规律等角度出发,揭示了湖水位壅高过程中堰塞体不同位置的变形响应及其微观力学机理。研究表明,湖水位壅高条件下堰塞体土料变形特性受到土料位置、强度和湖水位壅高程度的联合影响。处于堰塞体不同位置的土料,围压与初始应力比条件不同,并且在堰塞体漫顶之前所遭遇的最大孔隙水压力也不同,从而导致在堰塞湖水位壅高过程中,不同位置的堰塞体土料呈现出不同的变形特性,一般呈现由里及外变形逐渐增大的规律。在相同围压条件下,靠近堰塞体上游外缘的土料,初始应力比相对较高,且遭遇的最大孔隙水压力也相对较高,从而在堰塞湖水位壅高过程中其应力路径会穿越失稳线,导致颗粒之间的接触力减弱,从而产生较大的变形,且大变形区的厚度与范围受到初始应力比及最高湖水位的限制。堰塞体内部初始应力比相对外缘较少,在湖水位壅高过程中应力状态穿过失稳线的可能性降低,从而变形也相对较小。     

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.     

高心墙堆石坝弹塑性动力反应分析及地震易损性研究

采用改进PZC弹塑性模型和动力固结有限元程序SWANDYNE II,对糯扎渡高土石坝进行动力分析,直接得到大坝永久变形,为地震易损性研究提供计算基础. 采用坝顶相对震陷率作为易损性性能参数,根据糯扎渡高土石坝所在区域的主要潜在震源区内统计地震情况,从PEER中选取60条吻合较好的地震动记录. 基于性能的大坝抗震设防水准 和土石坝震害等级,提出适合高土石坝的性能水平划分. 引入人工神经网络方法,结合多条带分法,提出基于ANN-MSA的高土石坝地震易损性分析方法. 该方法通过对选取的地震动记录调幅处理,利用SWANDYNE II程序对地震动进行分析,得到不同PGA的坝顶相对震陷率,作为训练样本和检验样本. 采用RBFNN对训练样本进行训练,利用训练和检验后的模型预测坝顶相对震陷率. 结合ANN预测结果和MSA方法,对糯扎渡高土石坝进行地震易损性分析,计算出该大坝的三维地震易损性曲面.