小应变原岩状态下应力路径旋转对剪切模量的影响

以重塑土经K 0固结形成的试样为试验对象,采用英国GDS公司生产的STDTTS+UNSAT(7 kN/1700 kPa)型号高级应力路径三轴测试系统,研究了在小应变范围内应力路径旋转对土体剪切模量的影响以及剪切模量随应变变化的趋势。研究表明,在小应变范围内,剪切模量的初始值随试验应力路径与近期应力历史间的夹角θ的增大而增大,当两者完全相反时,应力路径旋转对土体在小应变条件下的剪切模量影响最大;完全一致时,其影响最弱。而且,在小应变范围内,割线剪切模量总是大于切线剪切模量;当剪切应变采用对数坐标表示时,剪切模量随着剪切应变的增加而衰减,且衰减的规律都可以表示为带有两个拐点的反S型曲线,经分析验证本文所得公式3可以对此特性进行很好地反映;但应力路径、应变范围不同其衰减幅度不同。     

小应变三轴试验方法及其在上海软土的初步应用

对软土小应变三轴测试方法进行了整理,对霍尔效应局部位移传感器、LVDT位移传感器、压电陶瓷弯曲元、共振柱仪等小应变刚度测试手段进行了梳理和总结。并利用安装有霍尔效应传感器的三轴仪对上海软土进行了试验,探讨霍尔效应传感器对于测试土体小应变特性的有效性,获得霍尔效应传感器能够得到土体在0.01%~0.1%小应变范围内的弹性模量的结论,并建议今后结合运用LVDT传感器和弯曲元进一步测试土体在应变0.001%~0.01%范围内的特性。     

上海地区软土旁压加卸载变形特性试验研究

软土具有强度低、压缩性高的特点,在不同应力状态、应力路径下其变形呈现明显不同的非线性特征,研究软土的原位变形特性对各类地下工程土体变形的控制具有重要意义。通过对上海地区不同深度土体进行原位旁压加卸载试验,从加载及卸载两个维度对原位土体的变形特性进行描述。通过旁压加载试验结合室内小应变三轴试验,获取了土体剪切模量G随剪应变γ的变化规律;通过旁压卸载试验研究软土原位卸荷回弹变形特性,探讨了各层土不同卸载前载荷水平及卸载等级下,土体模量比E_v与卸载比R之间的内在关系。研究结果揭示了软土在加载情况下的刚度衰减规律及卸荷条件下影响刚度特性的关键因素,为控制地下空间开发中的土体变形问题提供借鉴。     

上海地区软土HSS模型参数的试验研究

HSS模型可以考虑小应变范围内土体剪切模量随应变增大而衰减的特点,在基坑开挖数值分析中逐渐得到较多的运用。通过基于GDS系统的三轴仪、常规固结仪和共振柱仪完成系列的室内试验,获得了上海地区典型软土层(也即黏土层2、淤泥质粉质黏土层3、淤泥质黏土层4和粉质黏土层5)的硬化土小应变本构模型(HSS模型)参数c',φ',E_(oed)~(ref),E_(50)~(ref),R_f,G_0~(ref)和γ_(0.7),以及模型参数之间的比例关系,并将试验结果与已有文献的相关结果进行对比分析。通过工程实例的数值分析表明,围护墙体水平变形计算值和实测值大致相等,验证了HSS本构模型以及本文提出的参数确定方法在上海软土地区基坑开挖分析中的适用性,具有工程参考价值。     

软土蠕变特性试验研究

针对广州南沙原状软土进行了一系列室内试验研究,包括三轴压缩试验、三轴蠕变试验和一维固结试验,系统地探讨了软土的蠕变变形特性。结果表明:软土的蠕变特性与多种因素有关,包括土体的初始固结度、土层排水条件、加荷比等;次固结系数与固结压力的关系取决于土体的先期固结压力和试验中的加荷比。     

考虑应力路径的软黏土小应变特性试验研究

以苏南地区原状软黏土经K₀固结形成的试样为对象,利用配备了弯曲元系统和局部位移测量系统的GDS应力路径三轴测试系统,研究了小应变范围内应力路径转角θ对剪切模量衰减曲线以及阈值剪应变(γ_0.7)的影响。试验结果表明,土体的初始剪切模量G₀值与初始固结应力大小呈正相关关系,并可表示为与孔隙比e、平均有效应力p′相关的函数关系式。土体的剪切模量在10^-6~10^-3的应变范围内随着剪应变的增加而逐渐衰减,并表现出和试验应力路径与近期应力历史间夹角θ的相关性:应力路径对衰减曲线的影响随着应力路径转角θ的增大逐渐增大,当两者完全相反时,其影响最大。在K₀固结条件下,应力路径转角θ对γ_0.7的影响大于初始固结平均有效应力p′,同时γ_0.7值随着应力路径转角θ的增大而逐渐增大。     

上海黏性土的初始剪切模量试验研究

以上海天然沉积黏性土②~⑥层土为研究对象,利用共振柱仪器实现了各土层在不同固结压力下的弯曲元和共振柱试验,得到了各层土体小应变水平下的初始剪切模量。试验结果表明,利用弯曲元试验时域初达波法和时域峰值法能得到与现场单孔波速原位测试结果相一致的剪切波速;共振柱试验得到的土体小应变初始剪切模量与弯曲元试验结果基本一致。分析表明,在所试验的各层土中,第③层淤泥质粉质黏土和第④层淤泥质黏土的剪切模量相对较小,第⑥层土的剪切模量最大;第②、⑤层土的剪切模量接近,且大于③、④层,小于第⑥层土,这与土样的实际天然状态是相吻合的。利用Rampello公式可较好地拟合上海黏性土的初始剪切模量,所得的拟合曲线可用来确定各土层在不同深度处的初始剪切模量。     

桂林红粘土动剪切模量与阻尼比的试验研究

利用GDS动三轴仪,在应变控制条件下,对压实桂林典型红粘土进行固结不排水振动三轴试验。主要考虑了固结围压、固结应力比、压实密度和初始应变对红粘土动剪切模量和阻尼比的影响并分析其规律特性。结果显示:动剪切模量随振动应变的增大而减小,而随固结围压、固结应力比和压实密度的增大而增大;动剪切模量比随振动应变、固结围压和固结应力比的增大而减小,随压实密度的增大而增大;阻尼比是随振动应变、固结围压和固结应力比的增大而增大,在不同的振动应变幅值下表现不同大小。可用Hardin-Dmevich双曲线模型对动剪切应力和动剪切模量比进行很好的拟合。所得结果可为工程建设和场地地震反应分析提供一定的参考。     

深基坑降水沉降计算土体弹性参数取值方法探讨

针对上海和天津软土地区敏感环境下的深基坑降水工程,对比由室内土工试验获得的土体剪切模量G与抽水试验反算得到的剪切模量G?及土体小应变初始剪切刚度0G之间的关系,采用土体小应变模型(HSS)分析0G/G–?关系,指出敏感环境条件下,基坑降水引起土体应变范围约为0.1%~0.5%,可取土体剪切刚度(7)(8)0G=0.25~0.35 G估算土层变形。以上海地铁10号线航中路站和彭越浦泵站基坑工程降水为例,根据所建议的取值方法确定含水层压缩模量计算含水层变形,与采用抽水试验结果计算得到的变形相近,验证了本文建议取值方法的合理性。     

基于自钻式旁压仪的残积土原位力学特性试验研究

残积土属区域性特殊土,准确获得其力学性质指标是各类工程场地地基处治及承载力评价的必要条件。针对典型花岗岩残积土层,在20 m深度范围内开展自钻式旁压试验,获得表征土体原始水平应力、强度与刚度的相关指标,类比分析深度与水平方向土体力学性质的差异性,并论证了土体刚度在不同应变水平下的衰减规律。结果表明,该场地浅层土体刚强度指标差异性较大,存在明显的风化壳,导致剪切模量及变形参数沿深度呈先减小后增大的趋势;土体割线剪切模量Gs,切线剪切模量Gt随剪应变变化关系具有明显的非线性特性,在小应变范围(γc≤0.3%)内Gs,Gt快速衰减,在γc=2.0%~3.0%时,趋于平稳,采用非线性分析方法得到的模量值较为合理,认为在该类场地工程设计中,剪切模量的选取宜基于自钻式旁压试验结果,根据不同应变水平确定,采用线性割线法得到的剪切模量Gur偏于冒险。同时发现,小应变时剪切模量值相对于土体差异较为敏感,为准确获得土性参数,可适当增加浅层土体测试数量。     

循环振动对饱和粉土初始动剪模量的影响

初始动剪模量是土体多种结构性因素的综合反映,除固结压力和孔隙比(密度)这两个主要因素外,还受循环振动影响。以往对该因素的研究偏重于干砂,且预振时施加的剪应变幅多低于10-3;对于饱和土体,尤其是对经受过较大振幅振动后土体初始动剪模量的研究十分有限。本文利用安装弯曲元的动三轴仪,在等向固结条件下对不同相对密度的饱和粉土进行不排水循环三轴试验,同时监测试样的剪切波速,获得循环动力加载过程中土的初始动剪模量。为保证试验结果的可靠性,同时进行了共振柱试验,比较确定弯曲元接收信号的到达点;评估了不同孔压发展程度下试验暂停时间对测试结果的影响。结果表明:在一定次数大振幅循环荷载作用下观察到初始动剪模量有别于相同应力下固结后得到的模量值,出现附加衰减或增长,正是循环荷载作用下土微观结构变化的外部宏观表现。这种附加变化由土颗粒接触行为决定,受到试样初始条件和振动幅值等多种因素的影响,表现出不同的变化模式。     

利用弯曲元测量上海原状软黏土各向异性剪切模量的试验研究

在许多发达国家例如英国,土体的小应变特性已被广泛应用于预测地下建筑物施工引起的地表变形。尽管上海的城市地下基础、基坑与隧道开挖日益增多,但是关于上海原状软黏土小应变剪切模量的研究几近空白。利用装有霍尔局部应变传感器与弯曲元测试系统的三轴仪对上海软黏土剪切刚度的固有各向异性进行了研究。在等向应力状态下对方形原状上海软黏土试样进行了两组试验。试验结果表明：较之传统的初达波法和峰-峰法,互相关法一定程度上提高了弯曲元试验中确定剪切波速的客观性。由于土体水平向层理结构与颗粒间胶结作用的影响,上海软黏土呈现出明显的各向异性,实测最大剪切刚度的固有各向异性比（G_0(hh)/G_0(hv)）约为1.21。利用孔隙比函数F(e)=e^-1.3能够很好的描述不同平面内最大剪切模量与土体应力状态的相互关系。     

上海结构性软黏土本构模型与试验验证

天然上海软黏土具有很强的结构性,传统的剑桥模型无法合理地对其进行描述,改进后的运动硬化结构模型不仅引入了描述土体结构性的状态变量,可以反映土体塑性应变发展过程中所产生的结构损伤对其力学行为的影响,还对原始运动硬化结构模型中的形状参数、塑性模量公式等进行了改进,能更好地描述上海软黏土的力学行为。基于改进之后的运动硬化结构模型,通过天然上海软黏土等压固结三轴不排水剪切试验对该模型进行参数标定,进而对偏压固结三轴不排水剪切试验与加-卸载等向压缩试验进行预测。结果表明:改进后的运动硬化结构模型可以更好地模拟上海软黏土在三轴试验中的结构损伤、应力路径以及应力应变关系,同时对加-卸载过程中土体的滞回特性也有较好的模拟效果。     

交通荷载作用下结构性软土动应力–动应变关系试验研究

 通过对天津滨海新区典型结构性软土进行室内循环三轴试验,研究在交通荷载长期作用下,结构性淤泥质粉质黏土的动应变发展情况;考虑不同的振动波型、动应力频率、动应力比以及固结状态对动应力–动应变关系的影响,得到淤泥质粉质黏土的临界动应力比和动应力–动应变关系随加载频率、围压及固结状态而变化的规律。试验结果表明,结构性淤泥质粉质黏土存在一个临界动应力比和一个振动频率门槛值;同时,在半正弦波型条件下动弹性模量和动剪切模量随固结压力值的变化存在一个转折点。     

饱和黏土动剪切模量与阻尼比的试验研究

针对饱和黏土,利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,通过不固结不排水条件下的循环扭剪和竖向-扭转耦合试验,着重探讨了大应变情况下分级加载历史和循环应力耦合对动剪切模量与阻尼比等动力特性的影响。对试验结果的分析表明:采用多个试样单级加载与采用一个试样分级加载试验得到的初始骨干曲线、动剪切模量与阻尼比都较为一致,采用分级加载试验测定动剪切模量与阻尼比是可行的;耦合循环应力中的轴向偏差应力对扭转向应力-应变滞回圈的倾斜程度及动剪切模量与阻尼比都有显著影响,尤其当扭转向循环剪应力较小时,可以认为轴向偏差应力的大小控制着动剪切模量的增大量,受扭转向剪应力的影响,轴向应力–应变滞回圈的变化模式较为复杂。     

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。     

Experimental study on stiffness degradation and monotonic response of reconstituted volcanic ash induced by internal erosion

Volcanic ash soils are a common geological body in earthquake prone regions, and they are widely used as construction materials. The present study discusses the contribution of initial density, stress state and seepage time on seepage-induced internal instability, stiffness degradation, and monotonic response of volcanic ash collected from Satozuka, Japan. Reconstituted specimens are tested using an erosion triaxial apparatus. The results exhibit that the rate of erosion is influenced by initial density, stress state and hydraulic gradient. The mercury intrusion porosimeter tests are conducted to explore the distribution of constriction sizes after erosion. Post-erosion stress-strain responses are also affected by the stress state during erosion, initial density and seepage time. Particularly, internal erosion affects the dilatancy response of relatively loose specimens and has an impact on the critical state line, brittleness, and peak strength. Further, the maximum shear modulus of eroded soil is found to be greater than that of non-eroded soil, mainly due to the particle rearrangement and removal of fines. However, a sharp reduction in stiffness during monotonic shearing is maybe evidence that temporary reinforced soil packing collapses at a large strain. This indicates that the elastic yield surface has expanded for eroded soils.     

城市固体废弃物动力特性试验研究

参照杭州天子岭填埋场城市固体废弃物(MSW)主要成分,人工配制固体废弃物试样,利用中型动三轴试验仪研究其在较大应变范围内MSW的动力特性。MSW的动剪切模量Gd和阻尼比D随着动剪应变γd的变化曲线与泥炭土的相关曲线形状基本一致,并且在相同应变时数值相差不大。在相同的动剪应变水平下,随着围压的增大,Gd增加而D减小;当动剪应变增大时,Gd减小而D增大。由于MSW的高压缩性,初始孔隙比不同对试样的动力特性影响不大。同时进行了现场剪切波速试验,确定了最大动剪切模量Gdmax的估算式。为便于应用,建议了归一化Gd和D与动剪应变依赖关系的取值范围和平均值曲线,并将其与OII填埋场MSW动力特性的研究结果进行对比,可以看出MSW的成分对其动力特性的影响还是比较大。