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。     

青藏铁路沿线负温填土长期动力力学特性试验研究

本文通过室内试验和理论分析相结合的研究方法对高原高寒铁路填土的动力力学特性动剪切模量和阻尼比进行了分析。首先,开展了室内固结不排水长期循环三轴试验,分析了不同负温、循环应力比对路基粉质粘土和地基砂土的动剪切模量和阻尼比等动力特性的影响。结果分析发现,对于路基粉质粘土,动剪切模量与温度呈现明显负相关性,且随着循环应力比增大而展现出较明显的增长趋势,阻尼比随着动剪切模量的增长而减小;对于地基砂土,动剪切模量和阻尼比受温度的影响与粉质粘土的响应规律呈现相同趋势,但同在—10℃温度与循环应力比为0.2的条件下动剪切模量的值高出约110MPa,是1.22倍,而阻尼比是0.66倍。值得注意的是砂土的动剪切模量在循环应力比约为1时响应达到峰值,意味着动应力幅值达到围压时,随着循环应力比的增大,动剪切模量呈现减小的趋势而阻尼比则呈现出增大的趋势。随后,在Wichtmann提出的高周循环模型的基础上,建立了对动剪切模量的预测模型,能良好反映动剪切模量在温度和循环应力比影响下随振动次数的响应规律,通过拟合参数w₀反映动剪切模量随循环应力比先增后减的规律,拟合数学关系显示长期振动次数约在13000次以上。最后,基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量和阻尼比的试验结果进行拟合,得到了动剪切模量与阻尼比的函数关系式从而能大致预测阻尼比随动剪切模量变化的趋势及范围,随着归一化剪切模量的增大阻尼比呈现出减小的趋势。     

非饱和土动剪模量与阻尼比影响因素试验

为指导北京某航天着陆冲击试验床的快速铺设,借助DRNEVICH LONG-TOR型共振柱仪开展了若干组试验,研究了含水率、干密度、围压对动剪切模量与阻尼比的影响。试验结果表明:含水率较小时,动剪切模量随含水率增大而增大,而阻尼比无明显变化;干密度增大,动剪切模量增大,阻尼比有减小的趋势;围压增大,动剪切模量增大,阻尼比有减小的趋势。对12组试验结果进行拟合表明,阻尼比与动剪切模量比之间存在很好的线性关系。同时,通过与前人研究对比表明,不同土体其动力特性不同,因此在着陆场地铺设前对土体动力特性进行研究很有必要。     

废旧轮胎颗粒-砂混合物的水平循环剪切特性试验研究

对废旧轮胎颗粒-砂混合物进行水平循环剪切试验,研究竖向荷载、轮胎颗粒含量以及轮胎颗粒尺寸3种因素对混合物的等效动剪切模量和等效阻尼比的影响.结果表明:竖向荷载越大,轮胎颗粒与砂混合物的动弹模量越大,等效阻尼比越小;轮胎颗粒含量增加,混合物的等效动剪切模量与等效阻尼比并不是都呈单调变化;试验中,在相同条件下,小粒径的轮胎颗粒与砂混合物的动弹模量相对要小,等效阻尼比要大一些.上述的试验结果给废旧轮胎颗粒-砂混合物在工程应用提供一定的参考.     

长平高速公路典型原状粉质粘土静动力学特性

为了研究长(春)-(四)平高速公路路基典型原状粉质粘土静、动力学特性,分别进行了不同围压条件下固结不排水静三轴试验和共振柱试验．结果表明:长期运营后,公路路基原状粉质粘土的静、动力学性能与其先期固结状态有关;随着围压的增加,土体静强度增加,最大弹性模量增大;最大动剪切模量、参考剪应变幅值与固结围压呈线性增加关系;而最大阻尼比和阻尼比拟合参数随围压的升高而变化甚微．据此,给出了长平高速公路路基不同断面原状粉质粘土修改后的邓肯-张模型参数,以及最大动剪切模量、参考剪应变幅值最大阻尼比和阻尼比拟合参数的推荐值．     

膨胀土动力学特性变化规律试验研究

利用GDS共振柱试验系统对非饱和膨胀土进行动力特性试验,研究自由膨胀率不同时非饱和膨胀土动剪切模量和阻尼比的变化规律,以及动剪切模量和阻尼比随动剪切应变增加的变化趋势。结果表明:自由膨胀率增大时,非饱和膨胀土动剪切模量随之增大,最大动剪切模量增大,阻尼比也随之增大;随着动剪切应变的增加,非饱和膨胀土动剪切模量减小,但阻尼比随之增加;当剪切应变较大时,动剪切模量随动剪切应变增加而下降的幅度变大,阻尼比的增幅亦变大。     

天津滨海新区吹填土的动模量和阻尼比试验

针对天津滨海新区吹填土,通过动三轴试验模拟地震荷载,对吹填土的动模量和阻尼比进行了试验研究,探讨了频率和围压对它们的影响．研究表明：吹填土的动模量和阻尼比随着频率、围压的增加而增大;并得出了吹填土的最大动剪切模量,可供岩土和其他土木工程的地震安全性评价工作参考．     

双向振动下含黏粒砂土液化特性试验研究

采用GCTS双向动三轴测试系统,把膨润土作为试验的黏粒材料,通过饱和砂土的双向动三轴试验,以试样液化的耗损能量为指标,探究不同黏粒含量、干密度、围压及相位差对饱和砂土液化特性的影响。结果表明:随着黏粒含量的增加,砂土液化所需的耗损能量先减少后增加,呈抛物线型,这是因为黏粒含量较低时,黏粒在砂颗粒间起到润滑的作用,随着黏粒含量的增多,黏粒反而起到固定和镶嵌砂颗粒的作用;随着干密度和围压的增大,砂土液化所需的耗损能量不断增加;相位差为180°时更有利于饱和砂土的液化,而相位差的变化与砂土液化所需耗损能量之间的关系不明显。     

南水北调中线工程段弱膨胀土的动力学性质研究

膨胀土在我国分布广泛,掌握膨胀土的动力学特性有重要的理论和工程意义.以南水北调中线工程禹州段弱膨胀土为研究对象,通过循环动单剪试验,研究固结压力和振动频率分别对弱膨胀土的动剪切模量和阻尼比的影响.试验结果表明:随着固结压力的增大,动剪切模量和阻尼比都增大;随着振动频率的增大,动剪切模量增大;对同一剪应变,频率愈低,阻尼比愈小,频率愈高,阻尼比愈大;随着剪应变的增加,试件的阻尼比逐渐增大.     

颗粒破碎对砂土剪胀特性和强度特性影响的试验研究

为了研究颗粒破碎对砂土剪胀特性和强度特性影响,利用三轴试验系统对不同围压作用下的钙质砂和石英砂进行了一系列的三轴试验,对比研究了石英砂和钙质砂的剪胀特性和强度特性。结果表明：钙质砂的破碎率随着围压增大而增大,两种砂土的应力-应变曲线都表现出应变软化现象。钙质砂和石英砂均表现为先剪缩、后剪胀,且钙质砂的剪胀性强于石英砂。钙质砂和石英砂的峰值摩擦角和剪胀角随着围压的增大而减小。相同围压下,钙质砂的峰值摩擦角大于石英砂。钙质砂的临界摩擦角大于石英砂,二者不随围压变化而变化。构建了考虑颗粒破碎影响的剪胀方程,能够较好地描述钙质砂在应变硬化阶段的剪胀特性。     

循环荷载作用下小间距加筋土动力响应特性试验研究

基于山西省太行一号风景道K43+175处加筋土桥台工程,开展不同加筋间距工况条件下加筋砂土的动三轴试验,分析循环荷载作用下加筋间距对加筋砂土动强度、动剪切模量、阻尼比、累积塑性应变等动力响应特性的影响,探讨加筋砂土动力响应特性的演化规律,从而为加筋土柔性桥台复合结构（Geosynthetic Reinforced Soil Integrated Bridge System,GRS-IBS）工程设计中的变形预测和稳定状态评估提供依据。结果表明：随加筋层数的增加,加筋砂土动应力-动应变曲线逐渐由双曲线型过渡为直线型,试样动强度和动模量也随之增大,且加筋越密,增幅越明显;增大围压和增加加筋层数均能减小动剪应变,提升动剪切模量,减小阻尼比;增加加筋层数能有效抑制轴向累积塑性应变随循环荷载作用增长的趋势,因此,在GRS-IBS结构中应控制加筋间距,以提高加筋土的临界循环应力比,保证其处于长期动力稳定状态。     

橡胶颗粒-砂混合物三轴CD剪切试验研究

对6种围压7种不同质量配比的干燥橡胶颗粒-砂混合物(橡胶砂)进行三轴CD试验,研究不同配比不同围压对橡胶砂的强度特性、偏应力-轴向应变曲线和体应变-轴向应变曲线特性的影响。试验结果表明:橡胶颗粒质量分数为0%~30%时,有利于改善砂颗粒的剪切强度特性;在10%附近时,内摩擦角出现最大值;在20%附近时,其粘聚力出现最大值。橡胶砂的偏应力-轴向应变曲线特性在橡胶颗粒质量分数低于50%时,与纯砂类似,表现出双曲线特性;不低于50%时,与纯橡胶类似,表现出近似线弹性,且由双曲线模型拟合得到的橡胶砂模型参数(如峰值偏应力、初始切线模量以及破坏比)随围压的增加而增加,随橡胶颗粒含量的增加而减少。橡胶砂的体应变-轴向应变曲线特性在橡胶颗粒质量分数不高于20%时,与纯砂类似,有先剪缩后剪胀的特点;高于20%时,表现出单调剪缩的特性,橡胶颗粒含量越大,剪缩越明显。     

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。     

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.     

橡胶砂力学性能的三维离散元数值模拟

为揭示橡胶砂混合料强度特性、偏应力-轴向应变曲线及体应变-轴向应变曲线的变化规律,利用颗粒流软件,对三轴压缩状态下橡胶砂混合料的力学特性进行了三维离散元数值模拟,从宏观、微观两方面分析质量配比、粒径比和围压对橡胶砂力学及变形特性等方面的影响。分析结果表明：当ω(橡胶)<10%时,橡胶砂表现出类砂力学特性,即先剪缩后剪胀,应力-应变曲线呈软化型,当ω(橡胶)≥20%时,橡胶砂表现出类橡胶力学特性,试样单调剪缩,应力-应变曲线呈硬化型。随着橡胶含量的增加,橡胶砂应力-应变曲线峰值降低。胶砂粒径比对橡胶砂应力-应变关系存在一定的影响,主要表现为随着平均粒径比的增大,体应变增大,应力-应变曲线降低,抗剪强度减小。随着围压的增加,低橡胶含量的橡胶砂剪胀和应变软化特性得到抑制,而高橡胶含量橡胶砂剪缩和应变硬化特性增强。混合料抗剪强度的降低主要归因于软橡胶颗粒的加入所引起的橡胶砂试样刚度损失,而其膨胀反应受到抑制的原因是橡胶颗粒容易被挤压而产生体积收缩。     

三轴试验中橡胶-砂混合物泊松比计算方法研究

在分析常用确定泊松比方法的基础上,基于广义虎克定律,推导出三轴应力状态下泊松比的计算公式。根据已有的比值法、切线法和推导出的公式法,对三轴试验得到的橡胶砂混合物的泊松比变化规律进行对比分析。研究结果表明:相比于切线法、比值法,本文推导的公式法得到的橡胶砂泊松比的变化规律更合理,橡胶砂混合物的泊松比随橡胶颗粒含量的增加而呈减小的趋势,在小围压条件下,泊松比受围压影响较小。     

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。     

重塑含粘粒砂土的动模量和液化势

本文通过对含粘粒(粘粒含量≤9％)重塑砂土的自振柱和动三轴试验研究,探讨了其剪切模量和液化势随粘粒含量变化的一般规律:并通过X光扫描电镜,对含粘粒砂土的颗粒结构进行了观察,分析了其动剪切模量和抗液化性能随粘粒含量的增大而减小的机理。 研究的结果还表明,以动剪切模量间接预测含粘粒的砂土的液化势是可能的。     

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。     

干燥及饱和橡胶砂压缩和剪切特性

将废弃轮胎作为建筑材料应用在土木工程领域是对其回收处理最有前景的方法之一。为了研究轮胎橡胶颗粒改良砂土的效果,选取橡胶颗粒与福建砂的混合土为研究对象,研究了橡胶砂的压缩和抗剪特性,分析了橡胶含量与干湿状态对橡胶砂力学特性的影响,并建立了双曲线模型预测橡胶砂受剪过程的剪应力与剪切位移关系。结果表明：橡胶砂的压缩变形随橡胶含量增大而增大,饱和橡胶砂的压缩变形明显大于干燥橡胶砂;橡胶砂的剪应力剪切位移曲线表现出应变硬化特征;橡胶砂的抗剪强度与橡胶含量的关系不大;干燥试样内摩擦角随着橡胶含量的增大而降低,饱和试样的内摩擦角随着橡胶含量的增大而轻微升高;通过双曲线模型预测的剪应力剪切位移关系曲线与试验结果吻合。