基于颗粒接触状态理论的粗细粒混合料液化强度试验研究

为探讨粗细粒混合料的液化强度CRR,对具有不同细粒含量FC和相对密度Dr的粗细粒混合料开展了一系列不排水循环三轴试验。基于颗粒接触状态理论,将粗细粒混合料分为类粗粒土、中间性态土和类细粒土;用骨架孔隙比esk表征混合料骨架颗粒的接触状态,引入参数b与m描述粗细粒混合料从类细粒土到类粗粒土过度中粗粒与细粒对颗粒接触状态的影响。试验结果表明:随着FC的增加,具有相同Dr粗细粒混合料的CRR先降低后基本保持不变。此外,具有不同FC和Dr的粗细粒混合料CRR都随esk的增大而降低。分析表明:基于颗粒接触状态理论的esk是合理地表征粗细粒混合料CRR的一个物理状态指标,且两者呈现较好的负幂函数关系。     

细粒含量对细粒–砂粒–砾粒混合料动强度的影响

从现有文献可以发现,含砾量、制样方法、相对密度和固结比等因素对饱和砂砾土动强度CRR的影响已有较多研究,但鲜有文献涉及细粒含量FC对砂砾土CRR的影响。通过一系列不排水循环三轴试验,研究了FC对细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的影响。基于颗粒接触状态理论,将细粒–砂粒–砾粒混合料分为类粗粒土、类细粒土和中间性态土;引入"循环流动"和"循环液化"描述类粗粒土和类细粒土的循环破坏过程,提出了适用于混合料的循环破坏标准。试验结果表明:随着FC的增大,混合料的CRR呈现出先降低后增大的特征,当FC=30%时,混合料的CRR最低。通过分析发现,细粒–砂粒–砾粒混合料的CRR随骨架孔隙比e_k的增大而降低,且当FC25%或FC35%时,两者有较好的指数关系,说明e_k是合理地表征细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的一个物理指标。     

循环荷载作用下饱和砂砾土的破坏机理与动强度

不同研究者对砂砾土动强度影响因素的认识存在相互冲突之处。针对含砾量、相对密度、初始有效固结应力和固结比4个主要因素,对10组不同含砾量的饱和砂砾土开展了系列循环三轴试验,提出了砂砾土破坏评价准则;引入二元聚集模型,研究了饱和砂砾土的不排水动力特性及其动强度的量化方法。研究结果表明:不同试验条件下砂砾土存在两类破坏机理,即均等固结条件下表现为达到零有效应力状态的循环液化,非均等固结条件下表现为过大累积轴向变形的循环失效;引入砂砾土骨架结构孔隙比概念,砂砾土动强度CRR随砂砾土骨架结构孔隙比的增大而降低,且其降低趋势呈良好的指数函数关系。     

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_...     

砂卵石土动力特性的动三轴试验研究

砂卵石土在自然界分布广泛,并具有抗剪强度高、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,因此在工程建设中得到广泛应用。为反映其在复杂应力状态下的动力变形强度特性,通过砂卵石土室内动三轴试验,对不同饱和度的砂卵石土的动力特性进行研究。主要分析围压、固结比和振动频率对砂卵石土动强度的影响。试验结果表明:(1)砂卵石土的动应力随固结比的增大而略有增加,随振动频率的增大而有较大增幅,而且其动强度随着围压的增大而显著增大;(2)在相同围压下,随动应力增加,破坏振次减小;(3)砂卵石土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压增大而增大;(4)其阻尼比随动应变的增大而增大,明显表现在微小动应变中。     

砂-黏土混合物的压缩性状及其粗颗粒骨架形成机制

众多学者已对黏土和砂土的压缩特性开展了大量研究,但在自然界或者人工吹填造陆工程中,更为常见的地基土类型是粗细共存、级配不连续的砂-黏土或粗粒-细粒混合物,而关于该类特殊土压缩特性的研究成果却鲜见报道。针对该问题,配制不同砂土比例和含水量的砂-黏土混合物,开展一维固结试验,以研究砂-黏土混合物的压缩特性并明确粗颗粒骨架形成机制。结果表明：混合物与一般黏性土的压缩性状有所不同,虽用于评价纯黏土压缩特性的归一化指标e/eL和孔隙指数Iv均能拓展运用在砂-黏土混合物中,即建立其与荷载之间的关系式,但是纯黏土与砂-黏土混合物归一化压缩特性存在明显的差异性,表现出不适用性。本质原因在于混合物在荷载作用下形成了砂骨架,骨架形成前后混合物的压缩特性分别由黏土和砂骨架控制。引入了砂-黏土混合物四相体系,根据黏土孔隙比和砂孔隙比两个参数阐明了砂骨架的形成机制,给出了压缩性状差异性的机理解释。文末给出了砂骨架形成的预测方法,明确了两种压缩机制转换的阈值。研究成果对阐明砂-黏土混合物的压缩机制具有重要的科学意义,对该类土地基的沉降计算有参考价值。     

海水环境下蒙脱土压缩特性研究

采用特制的压缩仪开展不同盐度下蒙托土的压缩试验,探讨了盐度对蒙脱土的压缩特性的影响。研究结果表明:相同固结压力下,不同盐度土样的孔隙比随盐度的增加而降低。蒙脱土的重塑屈服应力、e*100、C*c等均随盐度的增加而降低,且在盐度效应4%时降低较快,在盐度大于4%后降低较慢。在固结压力大于100k Pa时,采用孔隙指数可将不同盐度蒙脱土的压缩曲线归一化至ICL或EICL。     

砂–细粒混合料场地地震反应特性

砂–细粒混合料动力学性质特殊,关于砂–细粒混合料场地地震反应特性的研究却鲜有报道。为了探究砂–细粒混合料场地地震反应特性,结合共振柱试验数据,利用有限元软件,讨论了混合料土层厚度、细粒含量及类型等因素对砂–细粒混合料场地地震反应特性的影响。结果表明:随着细粒含量的增大,不同混合料场地的基本周期呈现出先增大后减小的趋势;混合料场地地表峰值加速度放大倍数基本呈现出先下降,后波动,最后稳定的非线性变化趋势。细粒含量与类型对混合料场地反应谱比的影响与周期有关。造成混合料场地地震反应非线性变化的原因,主要是由于随着细粒含量的增加,混合料土体由类粗粒土向类细粒土转变而导致的。随着混合料土层厚度的增大,该非线性变化更加显著。     

饱和砂卵石土液化特性的试验研究

通过动三轴试验,对饱和砂卵石土在循环荷载下的液化特性进行了系统研究.在饱和砂卵石土的振动时程曲线分析基础上,得到饱和砂卵石土的动应力幅值随振动时间推移有衰减且衰减速率逐渐增大的规律特性;依据孔压演化理论,结合试验结果,对饱和砂卵石土的液化规律进行了系统分析,归纳出砂卵石土发生液化时含水量限制条件,与液化状态中的土样动应变状态的规律.此结论可为基础工程等土工构筑物抗液化措施提供参考.     

高掺砂率膨润土混合土膨胀特性及其膨胀量预测

膨润土与砂混合土中掺砂率的高低会引起混合土膨胀特性的差异。对纯膨润土及其低掺砂率混合土,浸水膨胀完成后蒙脱石孔隙比em与竖向应力σv在双对数坐标内呈唯一线性关系。对高掺砂率混合土,在较小荷载下浸水,不会形成砂骨架,em–σv线性关系仍成立;在较大荷载下浸水,会形成砂骨架,砂骨架形成后,em与σv间不再满足该线性关系。利用砂骨架孔隙比的概念可确定不同掺砂率混合土形成砂骨架时对应的起偏应力及混合土能够形成砂骨架的临界掺砂率。砂骨架形成前,砂颗粒被蒙脱石包围,外力由蒙脱石承担,最终变形量由试样中单位体积蒙脱石的含量决定。砂骨架形成后,竖向应力最终由砂骨架和蒙脱石共同承担,提出了确定不同掺砂率下两者承担比例的方法,进而可确定砂骨架形成后的膨胀变化量,预测结果与膨胀试验结果吻合较好。该方法可以预测高掺砂率混合土的浸水膨胀量。     

珊瑚砂动剪切模量预测的应变-损伤状态耦合模型

对南海饱和珊瑚砂进行了4类不同加载模式的不排水动三轴试验,研究了不同相对密度Dr和平均有效围压σ'0下加载第一周的动剪切模量比G1st/G0与剪应变幅值γa的关系,G1st/G0受Dr的影响很小,随σ'0的增大而增大。由于分级加载过程中土体结构与相对密度发生改变,在γa3×10-4时,应变控制的分级循环加载获得的G1st/G0-γa曲线位于等应变幅值循环加载获得的G1st/G0-γa曲线的上方。结合两类试验结果,给出了饱和珊瑚砂的G1st/G0-γa模型。基于弹性应变能理论,提出了可以描述土体损伤状态的状态参数Pd(damage parameter),探究了不同加载模式下动剪切模量比G/G0随土体损伤状态参数Pd的发展规律。在双对数坐标中,同一应变幅值下的(1-G/G0)-Pd可用直线表示,其斜率与应变幅值γa和历史加载过程中的最大应变幅值γa,max有关。结合G1st/G0-γa和G/G0-Pd关系,给出了可以同时反映应变幅值和破坏状态影响的珊瑚砂动剪切模量预测模型。     

土工离心试验应力相似差异特征与设计准则

土工离心试验优越性的基础在于建立模型与原型相同的应力条件与分布,认识模型与原型之间应力相似差异与表征参数对控制系统误差和优化设计参数具有重要指导价值。引入总体分布应力、附加侧向应力和耦合动应力3个新概念与定义,对模型与原型之间应力差异特征、表征参数和设计准则等进行了深入研究。总体分布应力采用应力误差描述,表征参数为模型高度H和最大半径maxR;当maxH/R≤0.3和0.15,可控制模型极限应力误差≤10%和5%。附加侧向应力由模型中心剖面向两侧宽度增大分布,由模型宽度b、有效半径efR和有效离心加速度efa决定大小;以100 kPa为标准,给出了不同离心加速度下有效半径与允许模型设计宽度关系。耦合动应力影响采用目标与额外应力比进行评价,以efR和角速度?为表征参数,给出了应力比以10%和20%为标准的efa-efR的临界关系曲线;当efa≥10g、efR≥4 m时,耦合动应力的影响可以忽略。研究提出的新概念、表征参数和设计准则,为改进设备、模型参数设计和推动量化研究提供研究基础与参考依据。     

冻结盐渍土三轴剪切试验过程中的损伤及压融分析

三轴剪切过程中损伤及压融等力学性质对冻结盐渍土的强度及变形影响显著。通过对-15℃德令哈含盐砂土进行一系列的三轴剪切循环试验及CT扫描试验,分析冻结盐渍土在三轴试验过程中的损伤演化以及压融量变化规律。研究发现,在三轴剪切中损伤变量随静水压力的变化而改变,在本文条件下当静水压力在1~12 MPa之间时,损伤变量随围压的增加而增加,当静水压力超过12 MPa时,损伤变量反而呈现减小趋势。同时,定义压融阈值p_s以及压融量达到最大值时对应的静水压力值p_m,研究表明:当静水压力小于p_s时,试样内部几乎不存在压融现象;当静水压力大于p_s且小于p_m时试验内部的压融量可用二次函数描述;当静水压力超过p_m时,试样中的压融量达到最大值λ_m,且压融极值点与损伤变量极值点对应的静水压力值基本一致。     

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。     

Kaiser效应方向独立性的控制参数理论分析

基于Kaiser效应由裂纹扩展释放弹性波的认识,当远场应力为压应力时,从断裂力学角度对Kaiser 效应随加载方向变化规律进行了分析,建立了临界应力${{\sigma }_{\text{c}}}$与裂纹面方向夹角$\beta $、裂纹面摩擦系数$f$的理论联系,揭示了Kaiser 效应方向独立性机理及其控制参数。结果表明：Kaiser效应方向独立性受临界应力相对值影响,其控制参数为初始加载方向与微裂纹面方向的夹角${{\beta }_{1}}$、裂纹面的摩擦系数$f$。夹角${{\beta }_{1}}$越大,FR值大于1.1所需加载偏转相对角度$\gamma $越小,加载方向偏转后所得应力与初始加载应力相差越大,Kaiser效应方向独立性越明显,即Kaiser效应测量初始应力精度与岩体初始微裂纹分布有关。摩擦系数$f$越小,FR值大于1.1所需加载偏转相对角度$\gamma $越大,加载方向偏转后所得应力和初始加载应力相差越小,Kaiser效应方向独立性越不明显,即岩样如越湿润,Kaiser效应测试初始应力结果离散性越大。以上结论与既有试验在变化规律上具有一致性,并通过特征曲线对比确定了试验控制参数为微裂纹面摩擦系数$f$小于0.5、初始加载方向与微裂纹面方向夹角${{\beta }_{1}}$在30°~40°之间,这均与试验条件较为吻合。以上结论可为进一步研究Kaiser效应机理提供参考。     

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。     

砂雨法制备砂土地基模型控制要素试验研究

为掌握砂雨法制备砂土地基模型相对密实度D_r的主要影响因素,设计加工了包括点式和线式出砂头的成套砂雨装置,讨论了D_r随落距、出砂孔尺寸、出砂头总流量、移动速度的变化规律,分析了D_r空间均匀性分布特征。试验表明：①随落距增大,D_r随之提高,但增速逐渐减缓,可将D_r相对增速K介于±3%所对应落距范围内的D_r均值为稳定相对密实度;②稳定相对密实度与出砂孔尺寸呈线性负相关关系,同一流量下随出砂头移动速度表现出非线性变化特性,出砂头总流量对稳定相对密实度影响不明显;③无论是在水平层面还是沿深度的不同位置,模型箱中部附近的D_r分布均匀性都优于四边和四角处;④一线点式出砂头所制备的砂土D_r与目标值误差较筛孔点式小,具有较好的可控性。     

弱胶结结构性软黏土力学特性的试验研究

对取自不同地区的两种弱胶结结构性软黏土原状(undisturbed)样、重塑(remolded)样和泥浆(reconstituted)样进行了单向压缩和三轴剪切试验,分别得到土样的压缩曲线和应力–应变曲线。试验结果表明:原状样的压缩曲线为陡降型曲线,而不同制样土样的压缩曲线存在明显的差异;由于孔隙比和孔径分布对土体抗剪强度的综合影响,不仅导致相同围压下三轴剪切时孔隙比不同的重塑样和原状样强度差异较大,且孔隙比相近的不同土样的强度也存在不同程度的差异;若同一孔隙比下,两种软黏土的不同制样土样的强度关系均为原状样的强度最高,重塑样的强度最低,并可通过相近孔隙比下孔径大于0.2μm的孔隙体积量和孔径分布均匀性可合理地解释3种制样土样强度高低的关系。由于不同制样土样的孔径分布的差异不会随固结压力的增大而消失,用参考孔隙比e_(10)~*,简单表示土的孔隙比和孔径分布(即组构)参数,对压缩和剪切试验结果进行归一化整理后,发现不同土样的试验结果可归一化为相关度高的e/e_(10)~*-σv曲线和e_f/e_(10)~*-qf曲线,证明结构屈服应力后,不同土样变形和强度差异主要是由孔隙比及孔径分布(即组构)的不同引起的,用参考孔隙比e_(10)~*简单表示土的组构参数是有效的。