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。     

不同幅值和频率的交通荷载下黏土变形特性研究

采用GDS空心圆柱扭剪仪对南京河西地区软黏土施加不同循环动应力比(CSR)和不同频率的模拟交通荷载,分析研究土体在交通荷载下的动力特征。试验结果表明:应变曲线随CSR的变化可分为稳定型、临界型和破坏型;在不同频率下,可用频率折减系数对广义剪应变开展进行预测;在较低的CSR(小于0.23)下土体逐渐达到准二次平衡状态,孔压趋于稳定;在较高的CSR下,土体由于结构改变无法达到准二次平衡状态,孔压逐渐上升;不同频率下的孔压变化是由塑性体积应变开展程度和单位时间内塑性体积应变累计“次数”共同作用的;土体的割线弹性(剪切)模量E_d(G_d)与循环正(剪)应变幅值ε_m(γ_m)的关系可以用Hardin-Drnevich模型来描述,发现1/E_d~ε_m或1/G_d~γ_m的斜率与CSR成负线性相关,而频率对土体割线模量几乎没有影响;通过计算土体的总体等效阻尼比,发现土体破坏时其值约为0.018,且该值大小随频率变化影响不大,同时相比于CSR,荷载频率对总体等效阻尼比影响较小。     

西安地裂缝带土体动强度特性试验研究

地裂缝场地动力响应一直以来是地裂缝灾害研究涉及的薄弱环节。由于地裂缝的存在,场地变得不完整和不连续,进而场地动强度参数将发生变化,而场地动强度参数的变化又直接影响地裂缝场地动力响应。针对临潼—长安断裂带内最北侧的f_c1地裂缝,开展了裂缝带两侧土体动强度特性试验,获得了动应力应变时程曲线及不同围压下动强度与破坏振次关系曲线,从而得到了不同破坏振次下地裂缝带两侧土体的动强度参数。试验结果表明:地裂缝带两侧土体的动应变随着围压的增大越容易达到破坏,而对于同一围压不同动应力幅值的土样,其土样所受的动应力幅值越大,越容易达到破坏;地裂缝带两侧土体的动强度随固结围压的增大而增大,动内黏聚力c_d及动内摩擦角φ_d随着破坏振次的增大而减小;不同类型土体动强度表现出差异性,其中Q₃(L₁)黄土动强度略大于Q₂(L₂)黄土,Q₃(S₁)古土壤动强度最小。     

共振柱及动三轴试验在地铁工程中的应用分析

为考虑地铁运营期间,列车动荷载对土层的振动效应,对粉土、砂土和软土分布较广较厚地段选取适当地点布置一定数量的共振柱试验和动三轴试验,获得典型土层的动弹性模量、动阻尼比。试验结果表明,在特定剪应变值情况下,阻尼比随剪应变值的增大而增大,剪切模量比随剪应变的增大而减小。在同一围压条件下,当γ≤0.005时,阻尼比随剪应变值增加很快,剪切模量比随剪应变增大而减小的幅度大;但当γ0.005时,阻尼比随剪应变值增加缓慢,后期基本不变,剪切模量比增长缓慢,基本趋于平稳。围压相同时,剪切模量比随剪应变比的增加而减小,当γ/γ_r≤5时,其递减幅度大;而当γ/γ_r5时,剪切模量比随剪应变的递减幅度小,基本保持不变。     

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。     

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。     

非水反应高聚物喷涂材料的动力特性

基于扫描电镜和共振柱系统,研究了动剪应变、围压和密度对高聚物喷涂材料动力特性的耦合影响规律和机理.结果表明：随着动剪应变的增大,高聚物喷涂材料的动剪切模量呈线性减小,阻尼比增速先快后慢;相同密度条件下,围压越大,高聚物喷涂材料的动剪切模量越大,阻尼比越小;动剪应变、围压和密度对高聚物喷涂材料动剪切模量的耦合影响效应显著,围压和密度对其阻尼比的耦合影响效应显著;泡孔间的错动摩擦和对波动的传播衰减构成高聚物耗能机制,较高围压下,密度为0.250 g/cm³的高聚物喷涂材料表现出“耗能最优”.     

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_...     

青岛第四纪冲洪积粉质黏土的动力特性研究

通过对青岛城区第四纪冲洪积粉质黏土原状土样进行大量动三轴试验,研究了在不同固结条件下此类粉质黏土的动弹性模量、动剪切模量及阻尼比等一系列的动力特性.试验结果表明:青岛第四纪冲洪积粉质黏土的应力-应变关系符合双曲线模型.土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压的增大而增大.土的动剪切模量随剪应变的增大而减小.每个模型土的初始动剪切模量G0和最大动剪应力τy与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且对不同固结状态归一.阻尼比随剪应变的增大而逐渐减小,且当γd接近0.002时趋于稳定,围压和固结比对阻尼比的影响较小.     

循环扭剪作用下黄土的动剪切特性试验研究

原状黄土具有显著的结构性,在增湿及循环剪切作用下均可导致其结构破坏。通过不同固结围压条件下大尺寸原状黄土圆筒试样的动扭剪试验,测试分析了原状黄土从小应变到大应变的动应力应变关系,动剪切模量和阻尼比的变化规律,以及逐级增大循环扭剪作用下黄土的剪切强度。得到了10^-5~10^-2剪切应变范围内黄土动剪切模量随固结围压和含水率的变化规律,分析了黄土最大动剪切模量随黄土构度的变化规律。建立了黄土最大动剪切模量与构度和固结围压的关系式。揭示不同固结围压条件下不同含水率黄土的阻尼比随动剪应变对数值的变化分布在一个带内;循环扭转作用下圆筒黄土样存在两组破坏面。     

含黏粒砂土动力特性试验研究

为研究含黏粒砂土的动力特性,使用GDS共振柱试验仪器,以青岛地区典型含黏粒砂土为原型,利用福建标准砂和马来西亚高岭土配置试样,进行饱和排水试验,分析动剪切模量、阻尼比随动应变的变化规律及其影响因素。实验结果表明:含黏粒砂土G-γ曲线、D-γ曲线形状与无黏粒砂土类似,动剪切模量随动应变的增加而减小,阻尼比随动应变的增加而增加。对比发现,相同干密度条件下,对应同一动应变,含黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越大;无黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越小。相同围压及干密度条件下,含黏粒砂土的动剪切模量要小于无黏粒砂土,阻尼比要大于无黏粒砂土。     

Influence of site conditions on seismic design parameters for foundations as determined via nonlinear site response analysis

Site conditions, including geotechnical properties and the geological setting, influence the near-surface response of strata subjected to seismic excitation. The geotechnical parameters required for the design of foundations include mass density (ρ), damping ratio (β_s), shear wave velocity (V_s), and soil shear modulus (G_s). The values of the last three parameters are sensitive to the level of nonlinear strain induced in the strata due to seismic ground motion. In this study, the effect of variations in soil properties, such as plasticity index (PI), effective stress (σ′), over consolidation ratio (OCR), impedance contrast ratio (ICR) between the bedrock and the overlying strata, and depth of soil strata over bedrock (H), on seismic design parameters (β_s, V_s, and G_s) was investigated for National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP) site classes C and D, through 1D nonlinear seismic site response analysis. The Morris one-at-a-time (OAT) sensitivity analysis indicated that β_s, V_s, and G_s were significantly influenced by variations in PI, while ICR affected β_s more than it affected V_s and G_s. However, the influence of H on these parameters was less significant. It was also found that variations in soil properties influenced seismic design parameters in soil type D more significantly than in soil type C. Predictive relationships for β_s, V_s, and G_s were derived based on the 1D seismic site response analysis and sensitivity analysis results. The β_s, V_s, and G_s values obtained from the analysis were compared with the corresponding values in NEHRP to determine the similarities and differences between the two sets of values. The need to incorporate PI and ICR in the metrics for determining β_s, V_s, and G_s for the seismic design of foundations was highlighted.     

昆明泥炭土工程性质原生各向异性试验研究

基于一系列室内试验结果,系统分析了昆明泥炭土原生各向异性对固结变形、抗剪强度和渗透性质的影响,并从分析泥炭土特殊组分入手,探讨了其工程性质原生各向异性的产生机制。试验结果表明:高分解度泥炭土水平向与垂直向表现出来的变形特性差异不大,θ=45°方向土样在固结压力p较小时压缩模量E_s及固结系数C_v较小,但当p增大到一定程度时,3个方向的变形特性趋于一致;分解度低的泥炭土更多呈现变形各向同性。抗剪强度方面,不含或含微量残余纤维的高分解度泥炭土抗剪强度原生各向异性程度较弱,主要体现在粘聚力上,内摩擦角的差异较小,且抗剪强度各向异性程度随着腐殖质含量增多而减弱;残余纤维含量多对泥炭土的强度各向异性能起增强作用。渗透特性方面,渗透系数k随切样角度θ增大而增大,即泥炭土水平方向的渗透性比垂直方向的强。泥炭土的各向异性机制复杂,在导致各向异性效应方面,矿质土颗粒、腐殖质及残余纤维产生了不同的效果。     

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。     

合肥地区重塑非饱和黏性土强度特性试验研究

利用非饱和土三轴仪,对合肥地区非饱和黏性土的重塑样进行了控制基质吸力的三轴剪切试验。研究结果表明,控制吸力和净围压为常数的重塑非饱和黏性土三轴排水剪切试验的应力-应变关系呈现应变硬化的力学特征,且在试验条件范围内,净围压越大,硬化特征越强,吸力越小,硬化特征越强;重塑土样的强度参数粘聚力c值和内摩擦角φ值随吸力的增加都有一定程度的增加,且在试验吸力范围内,c值和φ值均呈良好的线性增长趋势,且c值的增长幅度明显大于φ值。     

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。     

水泥土小应变动力特性试验研究

通过GDS共振柱,研究了不同围压、不同掺和比对水泥软黏土小应变动力特性(动剪切模量和阻尼比)的影响,得到了水泥软黏土小应变动力特性的变化规律。随着应变幅值的增加,动剪切模量逐渐衰减。最大动剪切模量随有效围压的增大而线性增大;在相同应变水平下,随着水泥土掺和比增大,有效围压对动剪切模量的影响逐渐减小。随着应变幅值的增加,阻尼比逐渐增大。相同应变水平下,试样的阻尼比随有效围压的增大而有轻微地减小。水泥掺和比对阻尼比的影响较小,随着水泥掺和比的提高,相同应变水平下试样的阻尼比有略微地升高。与动剪切模量相比阻尼比对有效围压和掺和比的变化不敏感。     

花岗岩力学特性温度效应的试验研究

利用MTS815岩石力学试验系统完成了不同温度下的20个花岗岩试样的三轴压缩试验。分析了温度对花岗岩试样的强度特性、变形特性以及破坏特征的影响,能够在实际工程中起到一定的指导作用。试验结果表明:在20 ℃到40 ℃的范围,弹性模量随温度升高而降低,泊松比随温度升高而升高,且变化幅度都较大,但当温度超过40 ℃以后,随温度升高的变化幅度明显降低;随着温度的升高,峰值强度逐渐降低,而且温度对峰值强度的影响随着围压的增加而减弱;内聚力c值随温度升高而降低,内摩擦角φ值随温度升高有升高的趋势,抗剪强度τ_f大致呈线性减小的关系,且随着正应力的升高,温度对花岗岩抗剪强度的影响有减弱的趋势;花岗岩的变形破坏特征在一般条件下表现为典型的弹脆性体特征,但是在较高围压和较高的温度耦合作用下表现为弹塑性变形-累进性破裂-脆性破坏的特征。