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_...     

基于Davidenkov骨架曲线的土体动力本构关系及其参数研究

以描述土体一维动应力-应变幅值关系的Davidenkov骨架曲线为基础,采用Mahing法则,构造了土体加载再卸载的一维动应力-应变关系滞回曲线;采用破坏剪应变幅上限值作为分界点,对Davidenkov骨架曲线用分段函数法进行修正,纠正了Davidenkov骨架曲线随着剪应变幅值的增大而不能趋近于破坏剪应力上限值的缺点;对修正后的Davidenkov骨架曲线和所构造的加载再卸载一维动应力-应变关系滞回曲线,推导了阻尼比的计算公式。讨论了Davidenkov模型参数值的变化对动剪切模量比G/Gmax–γ曲线和阻尼比D–γ曲线形状的影响规律,提出了综合考虑土的G/Gmax–γ和D–γ试验曲线的Davidenkov模型参数拟合方法,并采用该方法给出了南京及其邻近地区各类土的G/Gmax–γ和D–γ曲线的Davidenkov模型参数的拟合值,结果表明:与常规拟合法的拟合结果相比,本文拟合法对G/Gmax–γ和D–γ试验曲线的拟合结果更加合理,尤其是阻尼比D–γ试验曲线的拟合结果。     

洱海泥炭质土动剪切模量和阻尼比试验研究

为探究洱海地域泥炭质土动力学特性,利用GDS动三轴仪对重塑土样进行循环加载试验,得到了一系列围压、固结比、频率控制条件下的泥炭质土动应力-应变关系曲线,分析了不同围压、固结比、频率对土体动剪切模量G_d、动剪切模量比G_d/G_dmax和阻尼比λ的影响规律。结果表明:动剪切模量G_d随剪应变γ_d增大而减小,γ_d较小时,衰减速率较小,随着γ_d继续增大,衰减速率先增大后减小;在同一剪应变下,G_d随围压、固结比增大而增大,G_d对频率变化表现不敏感;采用Hardin-Drnevich双曲线模型(H-D模型)对重塑泥炭质土动应力-应变曲线拟合效果较好,动剪切模量比G_d/G_dmax随剪应变γ_d增大而减小,围压、固结比和频率对G_d/G_dmax的衰减规律无明显的倾向性;阻尼比λ随剪应变γ_d增大而增大,围压对λ变化规律影响较复杂,γ_d较小时,λ随围压增大而减小,γ_d较大时,λ随围压增大而增大;固结比越大,λ越大,频率越大,λ越小,λ对频率变化表现更敏感,体现了循环加载下泥炭质土的速率效应。     

深层海床粉质黏土动剪切模量和阻尼比试验研究

利用英国GDS公司研制的空心圆柱扭剪仪,采用应变控制,对琼州海峡海床埋深超过100m的粉质黏土进行动三轴试验,研究有效围压、塑性指数对其动剪切模量Gd和阻尼比的影响。研究发现:在相同条件下塑性指数越大动剪切模量越小,而阻尼比变化规律不明显;根据塑性指数IP、孔隙比e和有效围压σ0’建立了适合计算深层海床粉质黏土最大动剪切模量的经验公式,拟合出模量衰减曲线Gd/Gdmax-γd和阻尼比增长曲线λ-γd的经验公式并给出其上、下包络线拟合参数值。     

南海钙质砂的动剪切模量与阻尼比试验研究

岩土体的动剪切模量和阻尼比是土工建筑物、近海场地动力稳定性分析中的主要动力学参数,为评价南海钙质砂的动力学特性,利用美国GCTS共振柱测试系统,对取自南海地区的钙质砂进行共振柱试验,研究固结压力、相对密实度对其动剪切模量和阻尼比的影响,并与石英砂进行对比分析。研究发现:相同的试验条件下,钙质砂的最大动剪切模量、阻尼比均大于石英砂;从总体而言,钙质砂的动剪切模量在剪应变小于0.1%时大于石英砂动剪切模量,在大于0.1%时两者趋于一致,其动剪切模量比G/Gmax随剪应变γ衰减的速度快于石英砂。根据试验结果建立钙质砂动剪切模量比G/Gmax、阻尼比D的数学模型,并结合现有的钙质砂动剪切模量比及阻尼比研究成果,给出钙质砂动剪切模量比和阻尼比的变化范围,为钙质砂场地工程建设中建筑物动力稳定性分析提供依据。     

福州市区粉质黏土动剪切模量与阻尼比试验研究

通过共振柱试验给出福州市区粉质黏土在动荷载作用下的剪切模量G、阻尼比λ,详细探讨了应变幅值γ、固结应力对试验结果的影响。结合理论分析,给出福州市区粉质黏土G/Gmax和λ随γ变化的拟合曲线及其参数,并与推荐值和规范值进行对比。结果表明:①G/Gmax-γ关系中,规范值给出的G/Gmax最低,试验值最高;在大、小剪应变时,试验值、规范值、推荐值三者给出的数值相近,但在中等剪应变时,三者相差较大,如在剪应变γ为10-4时,试验值和推荐值相差近5%,试验值和规范值相差近20%;②λ-γ关系中,试验值最大,推荐值和规范值相近,在剪应变γ为10-4时,三者阻尼比相差近50%,说明黏性土阻尼离散性较大。试验成果对本地区和东南沿海相似地质环境地区实际工程具有一定的借鉴作用。     

非饱和无粘性土的动剪切模量

影响无粘性土的动剪切模量的因素很多,过去认为主要因素只是有效应力和孔隙比。然而本文试验研究表明,对于细粒无粘性土,饱和度将是主要因素之一。非饱和无粘性土颗粒之间的毛细压力使土颗粒间的有效应力增加,从而使动剪切模量增加。对于小应变幅G_o值,存在一最佳饱和度,这时G_o值的增大达到最大值。最佳饱和度和对应的G_o值的增大与土的有效粒径有关。当应变幅增大时,比值G/G_o随应变幅增大而减小,即这种使G值增大的非饱和效应会随应变幅增大而减弱。     

武汉地区土体动力非线性黏弹性模型及其ABAQUS软件的实现

选取武汉地区粉质粘土土样进行了共振柱试验,测得了武汉地区粉质粘土的动剪切模量G、阻尼比μ及动剪切模量比G/Gmax与动剪切应变γ之间的关系。基于试验数据拟合出了Davidenkov骨架曲线的主要参数并利用通用有限元软件ABAQUS,开发了土体动弹塑性本构模型子程序。选择二维粉质粘土自由场作为研究对象进行了有限元非线性地震反应分析,计算结果表明所建模型是准确可靠的。     

振动台试验饱和机制砂模型土动力特性研究

根据饱和砂土-结构相互作用振动台试验的相似性要求,对饱和砂土的相似性要求进行探讨,提出以机制砂作为通用的饱和砂土模型材料。通过动力三轴分级循环加载试验,研究饱和机制砂模型土的最大动剪切模量G_max、动剪切模量比G/G_max-γ曲线、阻尼比λ-γ曲线、孔压比r_u-ΔW曲线的变化范围,得到其动力本构模型参数随有效粒径d₁₀、不均匀系数C_u、曲率系数C_c和相对密度D_r的变化规律和拟合公式,并根据相似要求和拟合公式分不同情况给出饱和机制砂模型土的配制方法。与文献中多种原型砂土的相似性分析表明,饱和机制砂模型土可以对大部分原型砂土有效实现动力特性相似和液化特性相似,证明其广泛适用性。     

海东地区原状黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

使用英国GDS双向动态三轴试验系统对青海省海东地区原状黄土进行动力特性试验研究。试验结果表明:动应变ε_d 1%时,动剪切模量随动应变的增加急剧减小;动应变ε_d1%时,动剪切模量随动应变的增加减小缓慢,后期基本趋于稳定。动剪切模量随固结围压、固结应力比、加载频率的增大而增大,且增大幅值随应变的增大呈现减小的趋势。在动应变ε_d 0.5%时,阻尼比随动应变的增加迅速增大;在动应变ε_d0.5%时,阻尼比随动应变的增加缓慢增大;在较小动应变时,固结围压、固结应力比、加载频率对阻尼比无明显的影响,随着动应变的增大,阻尼比随围压、加载频率的增大而减小,随固结应力比的增大而增大。     

土体小应变剪切模量的现场和室内试验对比及工程应用

土体小应变剪切模量G_0在场地地震响应和基坑变形等计算分析中有着重要作用。统计了上海典型土层的室内共振柱试验和现场原位波速测试测得的小应变剪切模量,给出了两种试验方法下的G_0的经验公式,并对比分析了室内试验和现场原位测试结果的差异。研究结果表明土体的G_0值主要由土体类别、孔隙比和平均有效应力决定,且现场试验的结果远高于室内试验的结果。进一步采用HS-Small本构模型对上海新金桥广场基坑工程的开挖变形进行数值模拟,分析了小应变剪切模量对于基坑工程变形的影响。分析结果表明,采用现场原位测试测得的小应变剪切模量进行基坑变形计算的结果与现场变形监测数据更为接近。     

非饱和黄土初始剪切模量与孔径分布试验研究

土的初始剪切模量G_0是地震、爆破响应中一个非常重要的土动力学参数,对预测地表沉降、土工建筑物周围土体变形等具有重要作用。黄土在中国及世界各地分布广泛,且现场常处于非饱和状态。对非饱和黄土的压实试样进行了吸力控制的共振柱试验以及压汞试验,研究非饱和黄土初始剪切模量G_0与孔径分布的关系。试验表明:干湿循环过程中,试样的G_0随吸力的增大而增大,再随吸力的减小而减小。主要原因是试样内孔隙密度最大的孔径大小随吸力的增大而减小,试样内大孔隙减少,小孔隙增多,导致毛细水所占比例增加,土颗粒接触更加紧密。同一吸力作用下,湿润段试样的小孔隙比例比干燥段大,故毛细水作用更显著,从而湿润段试样的G_0大于干燥段。     

沉积相和深度对第四纪土动剪切模量和阻尼比的影响

依据苏州第四纪地层特点,使用GCTS循环三轴试验仪对取自典型钻孔剖面100 m以浅的40个原状土样进行了剪应变10~(-5)~10~(-2)量级的动剪切模量和阻尼比试验,研究了土的沉积环境、深度和土类对土体的规准化动剪切模量比G/G_(max)和阻尼比λ的影响。当剪应变g1×10~(-4)时,G/G_(max)折减很小,土体处于非线性弹性状态。沉积相、土层深度和土类对苏州第四纪地层土的G/G_(max),l与g关系曲线的影响有明显差异。相同沉积相的同类土,土层深度越深,G/G_(max)随g增长而衰退越慢,l越小;深度相近的同类土,滨海相土比河泛相土具有更为明显的非线性,而滨海相土的l略高于河泛相土。沉积相相同、深度相近时,粉砂、粉质黏土、黏土的G/G_(max)随g增长而衰退的速率依次减慢;应变水平相同时,粉砂的l最小,粉质黏土的次之,黏土的最大。     

南宁地铁区域饱和圆砾土大型动三轴试验研究

以南宁地铁区域圆砾层土质为研究对象,对饱和状态下的圆砾土开展了一系列大型排水动三轴试验,分析了相对密实度、动应力幅值和振动次数对饱和圆砾土累积应变、应力–应变滞回圈和孔压的影响。研究表明,饱和圆砾土累积轴向应变?–振动次数N曲线在动应力幅值较小时为稳定型曲线,呈双曲线增长规律,其参数?与初始相对密实度Dr呈线性关系;动应力幅值较大时为破坏型曲线,呈幂函数增长规律。饱和圆砾土应力应变滞回圈形状呈双直线型,其面积在动应力幅值较小时随着振动次数的增加先增大后减小,其割线模量随着振动次数的增加先减小后增大。饱和圆砾土的孔压在动应力幅值较小时随着振动次数的增加先增大再减小,且循环加载后期Dr=0.5试样的孔压大于Dr=0.3和Dr=0.7试样的孔压,这与不同初始相对密实度条件下粗粒土的破碎特性有关。     

冲击荷载作用下岩石动态响应预测研究

利用已有大理岩对冲击波的动态响应图,验证在0.1Hz不同加载方式下提出的岩石非线性动态响应预测模型及预测公式的适用性和合理性,提出加载速率波形曲线函数的适用条件。经研究表观弹性模量的拟合系数,提出了冲击压实系数a和冲击初始弹性模量b,以及岩样内部裂隙孔洞的压密效应系数a1和滑移错动效应系数a2,且有a=a1+a2,a10,a20。指出当岩样受到荷载作用时,岩样的压密作用与滑移错动作用是同时存在的,在加载段,|a1||a2|,在卸载段,|a1||a2|,致使加载段a0,卸载段a0。定义了加卸载速率响应比β,表征卸载段平均切线模量与加载段平均切线模量的比值,β值越大岩石的破坏程度越大,不同频率下,砂岩在三角波和正弦波加载方式下均有β≈2。各应变片的应变、变形速率、能量值的实测值与计算值均吻合较好,证明了在低速荷载下提出的岩石非线性动态响应预测模型及预测公式在高速冲击波随时间的毫秒级变化规律情况下具有较好的适用性和合理性,拓宽了该预测公式和模型的应用范围,对位移控制严格的工程设计和施工有现实意义。     

循环荷载下饱和南沙珊瑚砂的液化特性试验研究

针对饱和南沙岛礁珊瑚砂,开展了一系列不排水循环加载试验,研究了相对密度D_r和初始围压■对饱和珊瑚砂的超孔隙水压力、应变发展、有效应力路径及动强度特性的影响,并比较了珊瑚砂与福建砂的液化特性差异。试验表明,珊瑚砂的超静孔压Δu的发展模式与石英砂的有较大区别,可用修正后的Seed模型进行表征。珊瑚砂液化时的累积能量耗散远比福建砂的大。珊瑚砂的轴向应变ε_(DA)随着循环振次增加而逐渐变大,不会发生急剧增大的现象。在有效应力路径接触相转换线后,珊瑚砂会发生剪胀和剪缩交替出现的现象,仍然会存在有效应力。较之福建砂Δu的波动特征,珊瑚砂Δu的波动更大,且当Δu接近■时波动明显增大,产生"瞬时液化"现象。珊瑚砂的动强度随着D_r以及■的增大而增大。珊瑚砂的动强度大于石英砂的动强度。     

砂土小应变动力特性弯曲–伸缩元联合测试试验研究

近年来弯曲元在小应变动力特性测试中得到了广泛应用,但对弯曲–伸缩元的联合测试研究较少,国内对弯曲–伸缩元联合测试的研究几近空白。采用弯曲–伸缩元对福建砂进行了剪切波和压缩波联合测试,通过更宽区段激发频率和不同分析方法对剪切波速和压缩波速的确定进行了系统分析,得到了可靠的剪切波和压缩波传播时间确定方法。采用10~20 k Hz峰值法和互相关法可较方便准确地确定剪切波传播时间;压缩波初始到达较易判断,激发频率对压缩波速影响较小。利用弯曲–伸缩元联合测试得到剪切模量G_0和侧限模量M_0,试验结果表明围压和孔隙比对G_0的影响程度均较对M_0的影响程度大。通过剪切波速和压缩波速可计算得到泊松比,随密实度和围压的增大泊松比均以线性规律减小。为弯曲–伸缩元的进一步应用提供了有效的方法。     

聚丙烯纤维加筋砂土的剪胀特性

随机分布的聚丙烯纤维在土体中彼此交错形成网状,可显著提高砂土的抗剪强度,减少其峰值强度折减。描述土体剪胀规律的剪胀方程是建立纤维加筋土的本构模型的核心。以聚丙烯纤维加筋南京细砂为主要研究对象,通过不同围压下的常规三轴压缩试验,研究了不同纤维质量百分比含量对南京细砂强度、变形以及剪胀特性的影响。对比聚丙烯纤维加筋砂土与纯砂土的应力应变关系和强度特性,分解出聚丙烯纤维对砂土的内在约束应力。将外力克服剪胀阻力需要做的额外功分解为由土颗粒运动和纤维变形两部分所消耗的能量,利用纤维对土的内在约束应力表示与加筋纤维有关的耗散能,基于最小比能原理建立了聚丙烯纤维加筋砂土的剪胀方程,揭示了聚丙烯纤维加筋砂土的特殊剪胀特性。经过对比发现常规三轴压缩试验结果与模型结果具有良好的一致性。     

基于等效骨架孔隙比指标的饱和砂类土抗液化强度评价

为探讨各类饱和砂类土的物理特性对其抗液化强度CRR的影响,将具有不同细粒含量FC的福建、南京和南通砂类土分为3组:(1)相同的相对密度Dr;(2)相同的孔隙比e;(3)相同的骨架孔隙比esk。对具有不同物理特性的三类饱和砂类土进行了一系列均等固结不排水循环三轴试验,结果表明:e或Dr相同的饱和砂类土的CRR随FC的增加而降低;但esk相同的砂类土的CRR随FC的增加而增大。结合文献中十类砂类土的CRR试验数据,分析表明:各类饱和砂类土的CRR随其等效骨架孔隙比*ske的增大而单调地降低,且两者呈现较好的幂函数关系。这表明能综合反映砂类土颗粒组成,密实状态和粗细粒接触状态的*ske是表征饱和砂类土CRR的一个有效物理特性指标;并首次发现饱和砂类土的CRR–*ske关系曲线的最佳拟合参数A和B值由砂粒和细粒的物理特性共同决定。据此,饱和砂类土的CRR可仅由其物理特性指标较好地预测。     

三轴低频循环荷载下盐岩体积应变特性研究

地下储气库围岩长期处于复杂疲劳应力状态下,盐岩三轴循环荷载下的变形规律对储气库稳定性分析有参考价值。对8个盐岩试块进行了不同围压、不同应力水平和不同频率条件下的循环荷载试验。对每一试块施加恒定围压和轴向低频循环荷载。对试验参数进行了无量纲处理,分析了应力比强度(广义剪应力强度与球应力的比值)、应力比振幅、上限应力水平、荷载频率、循环次数(N)等对体积应变(?v)的影响。利用函数?v=?lg N+?v0,对每一试块的体积应变–循环次数曲线进行了拟合分析,获得了参数?和?v0随应力比振幅、上限应力水平和频率变化的数学表达式。标准化回归系数分析表明,上限应力水平是影响盐岩体积变形的主要因素,其次是应力比振幅。在高上限应力水平三轴状态下,盐岩主要表现出体积扩大现象。