冻结粉质黏土声学特性与物理力学性质试验研究

 为分析冻结粉质黏土的声波参数与其物理力学性质之间的关系,进行了冻结粉质黏土的超声波测试,同时测定了其在不同温度下的抗拉、抗压强度。基于试验分析了温度、含水率和干密度等对冻土波速的影响以及波速与强度的关系。结果表明：土样在－1 ℃到－7 ℃的温度范围内,波速变化尤为剧烈;存在一个临界含水率16.03%,使波速随含水率的增加呈先增加后减少的趋势;在含水率相同的情况下,波速随干密度的增加呈线性增加;通过波速计算得到冻结粉质黏土的三个动弹性力学参数,并分析这些参数随温度的变化趋势;冻土声波波速与强度呈现出良好的相关性,冻土的强度越大,声波波速越高。因此,可利用声波测试技术对冻土进行无损检测,为冻土强度的预测奠定基础。     

超声纵波测量冻土动弹性模量的试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质。本文运用普通纵波换能器测定了不同含水率的冻结粉质粘土在不同温度下的纵波和表面波速度,从而测定并计算冻土的动弹性模量和泊松比。其中表面波速度采用的是一种用接收波波峰相关散点回归来计算的新方案,能够有效排除边界和底面反射波的影响。试验和计算结果表明：冻结粉质粘土的泊松比随温度升高和含水率增加而增大;动弹性模量在试验含水率的范围内随含水率的增大而减小。     

黏土动、静弹性模量相关性试验研究

从实地黏性土的工程特性和动力特性试验入手,通过标准击实试验、抗压试验和波速测定等,并对7个样品的动、静态弹性参数进行测试、分析,研究不同含水率黏土样品的动、静态弹性参数试验和两者之间的转换关系,提出将含水率与密度的比值作为研究动、静态弹性参数的关系变量,建立该黏土的动、静态弹性模量和动、静态泊松比之间的转换关系。试验结果表明：（1）动、静态弹性模量和动、静态泊松比与含水率之间存在较好的三次曲线关系,动、静态弹性模量随含水率的升高而减小,动、静态泊松比随含水率的增加先增大后减小再增大,而动、静态弹性模量之比随含水率的升高而增大,动、静态泊松比之比随含水率的升高先减小后增大再减小（;2）动、静态弹性模量之比、动、静态泊松比之比与含水率密度之比之间也存在较好的三次曲线关系,动、静态弹性模量之比随含水率与密度的比值的增大而增大,动、静态泊松比之比随含水率与密度的比值的增大呈减小趋势;（3）动态弹性模量大于静态弹性模量,动态泊松比小于静态泊松比;（4）含水率与密度的比值作为研究动、静态弹性参数的关系变量,具有高的拟合精度;（5）动、静态泊松比随含水率的变化较弹性模量随含水率的变化小,动静泊松比之比随含水率与密度的比值的变化也较动、静态弹性模量随含水率与密度比值的变化小。该项研究为黏土动弹性模量在工程实际中的应用提供了试验依据,且为黏土的动、静弹性模量关系研究提供新的研究方法。     

冻结黏土动态力学特性的SHPB试验研究

通过使用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB）动力学试验,系统研究了不同应变率、不同温度和不同含水率条件下冻结黏土的动态力学特性,获得了冻结黏土的动态应力-应变关系以及相关冻土动力学参数的变化规律。试验结果表明：冻土具有明显温度效应和应变率效应,随着应变率的增加和温度的降低,冻土破坏过程从塑性破坏逐渐转变为脆性破坏。在冲击荷载作用下,冻土的动态应力-应变关系曲线随加载应变率的不同呈现3种典型曲线,冻土的最大应变与且仅与应变率呈线性递增规律;单一因素影响下,冻土的动强度、动弹性模量均随应变率的增大、温度的降低和未超过饱和状态的含水率的增大而增加。     

冻结粘土纵、横波速与温度的关系

用UVM－2型声波仪和500kHz宽带超声换能器实测了在－1℃，－3℃，－5℃，－7℃，－10℃，－12℃，－15℃，17℃及－18℃等9个不同温度下冻结粘土的纵、横波速，对试验数据进行了分析，结果表明，冻结粘土的纵、横波速度随温度的降低而增大，当温度从0℃降至－4℃时，波速与温度呈线性关系，随着温度的继续降低，波速增加减慢。结合弹性理论，求出了冻结粘土的弹性模量及泊松比。     

冻土超声波波速与冻土物理力学性质试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质．运用UVM-2型声速测定仪，测定不同密度的冻结砂土、冻结黄土和冻结粘土在不同温度下的超声波波速(纵波波速和横波波速)。对比分析不同土质的冻土，在温度和密度变化时超声波波速的变化，得出以下结论：土质颗粒的大小及组成成分在土冻结且在温度继续下降的过程中，通过影响结合水含量的变化而影响未冻水含量的变化．从而进一步影响冻土中的超声波传播速度．所以，可以在超声波波速与温度变化和未冻水含量与温度变化的基础上，建立超声波波速与未冻水含量的关系，通过测定超声波波速来量测冻土未冻水含量．密度的变化也影响着冻土纵、横波波速的变化，且冻结黄土的波速受密度变化影响较大，而冻结粘土则较小。冻土土质类型不同．透过它们的纵波波速和横波波速的变化范围也不同，可以通过对比表示压缩和剪切相对幅值的纵横波速比比值，来判定此冻土的土质类型，一般冻结粘土为1．07，冻结黄土为2．15，冻结砂土为0．7。根据弹性理论，泊松比与波速比有关，所以可以直接测量冻土的波速比研究冻土的强度及变形性能．     

冻土动力学参数测试研究

冻土的动力学参数既是工程设计的依据之一,也是数值模拟时不可缺少的参数.本文分析了取自青藏铁路的两种路基土,即粉质粘土和细砂的动弹性模量和动阻尼比变化特征.试验发现,冻结粉质粘土和冻结细砂的动力学参数随频率、温度和含水量的变化规律相同.冻土的动弹性模量随频率的增加或温度的降低而增加.含水量增加时,冻土的动弹性模量先增加后降低,在饱和含水量附近达到最大.冻土的动阻尼比随频率的增加或温度的降低而减小.含水量增加时冻土的动阻尼比略有增加.     

列车荷载下青藏冻结粉质黏土变形特性试验研究

基于低温动三轴试验,对列车荷载下青藏冻结粉质黏土的动应变发展情况进行研究,得到冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随振动次数、动应力幅值、冻结温度和初始含水率而变化的规律。结果表明:①青藏冻结粉质黏土回弹应变在加载初期迅速减小,振动一定周次后随振动次数的增加不均趋于稳定;②累积塑性应变随着振动次数的增加呈增大趋势,且表现出稳定型、破坏型和临界型三种形态;③冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随着动应力幅值增加和冻结温度升高而增大;④初始含水率越高,冻结粉质黏土的回弹应变越小、累积塑性变形越大。研究成果对我国冻土地区铁路路基长期动力稳定型评价及路基设计具有重要参考价值。     

在围压下岩石弹性波速的研究

本文介绍在单轴和三轴压缩下岩石的纵波波速、横波波速、动弹性模量、动剪切模量和动泊松比及强度等物理力学参数的变化规律及其与力学特性的关系,同时综述一定围压下温度对岩石弹性波速的影响。     

单轴荷载下砂岩波速特征与损伤演化规律研究

超声波波速变化是判定岩体裂纹扩展、损伤演化的重要手段。联合单轴压缩与超声波波速测试试验,探索了加载过程中砂岩试样的波速变化特征,并据此对砂岩的破裂发展及损伤程度开展了评价。结果表明,在压密和弹性阶段内,砂岩的波速和动弹性模量都呈增大趋势,表明砂岩结构随加载变得更加致密;而随加载进行由弹性阶段逐渐进入塑性阶段,波速和动弹性模量均开始下降;横波、纵波波速的转折点基本对应压密—弹性、弹性—塑形的转折点,而波速比的变化较符合岩心内部裂隙发展特征;对比发现,横波波速变化比纵波波速敏感性更大;在整个加载过程中,岩石的动弹性模量与应力应变曲线都呈现良好对应关系,表现为弹性阶段后期动弹性模量开始下降,而进入塑性阶段后,动弹性模量下降速率渐趋于最大值。该研究可为砂岩内部损伤演化规律及灾变预报预警等有益参考。     

主应力轴旋转对黄土动模量和阻尼比的影响

对各种不同初始状态下的黄土进行周期扭剪试验,研究主应力轴旋转对其动模量和阻尼比的影响规律,结果表明:黄土的最大动剪切模量随含水率的增大而减小,随着干密度的增大而增大;阻尼比随含水率增大而增大,随干密度的增大而减小。     

苏州第四纪沉积土动剪切模量比和阻尼比试验研究

通过深入分析苏州第四纪土的海相、陆相沉积环境及土层分布特征, 对苏州第四纪土 311 个原状土样进行了土的动剪切模量比和阻尼比试验研究 ,结果发现：海侵作用和土层深度对苏州第四纪各类土的动剪切模量比、阻尼比与剪应变幅值关系曲线的影响有明显差异,深度 0 ～ 30 m 的海相黏土动剪切模量比和阻尼比曲线分别低于和高于陆相黏土的曲线,深度 30 ～ 100 m 的海相黏土动剪切模量比和阻尼比曲线分别高于和低于陆相黏土的曲线;土 层深度对海相黏土、粉质黏土和海、陆相粉细砂的动剪切模量比曲线 以及对海相黏土、粉质黏土和陆相粉细砂的阻尼比曲线的影响较为明显;对黏土、粉质黏土、粉土、粉细砂按土层深度 0 ～ 30 m 和 30 ～ 100 m 以及淤泥质土、中粗砂不区分土层深度,给出了苏州第四纪各类土的动剪切模量比和阻尼比曲线经验关系的拟合参数值及其平均关系曲线推荐值。     

季冻区典型土类动剪切模量阻尼比计算方法

采用专门设计的低温共振柱仪进行试验研究,研究典型土类动剪切模量阻尼比随负温的变化规律及计算方法。提出温度影响系数的概念,并以较为符合实际的固结压力和冻结过程,完成了黏土、粉土与砂土在常温及不同负温下的动力试验,给出了这3种典型土类不同负温下初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比的计算公式。结果表明:无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数函数变化,均在0℃到-6.0℃快速变化之后趋于平缓,但变化程度和修正公式中的参数均与土类有关;随温度降低,3种土类初始剪切模量增长十分显著,完全冻结黏土、粉土和砂土分别为常温土初始模量的50倍、25倍和13倍;随温度降低,3种土类参考剪应变降低十分显著,但完全冻结后3种土的动剪切模量降低程度接近;随温度下降,3种土类最大阻尼比均显著减小,完全冻结后的黏土最大阻尼比降幅最大,砂土降幅最小,粉土居中。3种典型土类负温下动剪切模量阻尼比修正公式,其反映的现象和规律与国际上近期成果定性相符。     

围压对横观各向同性砂岩弹性参数的影响

通过层理面角度为0°、45°和90°的长方体砂岩试样的单轴和三轴试验,直接测量了不同围压下砂岩的5个独立的横观各向同性弹性参数:弹性模量E,E′;泊松比ν,ν′;剪切模量G′。测得了前人难以测量的不同围压下的ν和G′值,得到了横观各向同性弹性参数与围压之间的函数关系,并揭示了弹性参数随围压变化的力学机制。试验结果表明,随着围压增大,弹性模量增大,泊松比减小,剪切模量增大。当围压超过30 MPa时,2个垂直方向的弹性模量、泊松比和剪切模量分别趋于相同值,表现为各向同性。由此可以推断:该砂岩的横观各向同性由内部微裂纹在平行于和垂直于层理面方向分布不均引起,围压升高造成裂纹闭合,最终导致各向异性消失。岩石的裂纹闭合效应可以用裂纹密度来定量评价与描述。     

台湾西部外海回填土壤剪切模量与阻尼比之研究(英文)

本研究采用云林外海的土壤进行共振柱试验，以求得回填土壤之剪切模量与阻尼比。试验资料正规化（Ｇ／Ｇｍａｘ）与剪应变振幅（γ）关系曲线位于Ｓｅｅｄ和Ｉｄｒｉｓ所建议曲线的上限范围，而阻尼比与剪应变振幅关系曲线则位于其下限范围。采用Ｓｅｄ和Ｉｄｒｉｓ评估土壤剪力数模的方式，建立不同细粒含量回填土壤于不同相对密度下，所对应的Ｋ２值之相关图表，以提供作为回填造地工程规划之参考。同时本研究利用静力三轴试验结果，以弹性理论推求于轴应变为１％时所对应之偏应力与最大剪切模量具有相关联性。利用本研究所建立之回填土壤动态特性相关评估方式及图表可作为回填土壤造地时有关承受动态荷重基础及结构物之参考。     

冻结哈尔滨粉质黏土超声波速测定试验研究

采用超声波技术测定冻土动弹性力学指标正是目前冻土学术界及工程领域致力研究的一个热点。本文将基于日产UVM -2型声速仪对冻结哈尔滨粉质黏土超声波速测定结果 ,主要考察负温和含水率对超声波在冻土中传播速度及冻土动弹性力学指标的影响