波浪循环荷载作用下滨海软土水平向动力特性试验研究

为研究海上风电桩基在波浪荷载作用下,产生水平向循环荷载对桩基周围土体动力特性的影响,以唐山地区滨海软土为研究对象,通过室内动三轴试验,研究不同围压、动应力幅值和振动次数条件下对软土水平向动力特性的影响。结果表明:软土水平向动强度随围压增加而增加,随振动次数增加而减小;动应力幅值增大,破坏振次减小;水平向动应变εd随振动次数增加变大,且动应力幅值越大,增速越明显,变化规律遵循Monismith模型;动应力幅值改变时,软土水平向动模量变化明显,当围压减小,动弹性模量减小;曹妃甸软土水平向间具有明显的结构性,不同围压条件下,随动应力幅值增加动阻尼比均表现增大趋势。     

冻融循环对不同塑性指数路基土动力特性影响

取季节性冻土区3种不同塑性指数路基土,在最佳含水率下制成压实度大于95%的试件,在经历不同次数完整冻融循环过程后,进行不同围压下的动三轴试验。试验结果表明：在加载初期,土的动模量（包含动弹性模量和动剪切模量）随着循环次数的增加呈下降趋势,随着动荷载次数的继续增加,动模量渐趋稳定。取荷载作用5000～6000次的动模量的平均值作为土在此状态下的稳定值,得出规律如下：季冻区压实路基土动模量随围压的增加而增大,随冻融循环次数的增加而减小,随塑性指数的增加而增加；阻尼比随冻融循环次数、围压及塑性指数均无明显规律可循。通过数据分析得到动模量与围压、塑性指数和冻融循环次数的关系式,对于季冻区缺乏动模量数据的路基土,可依此公式进行冻融循环后的动模量推算,进而为季冻区的路基设计提供参考。     

石灰土填料在动载作用下弹性模量的试验研究

在大量动三轴试验的基础上，研究了石灰土试样的动弹模量的变化规律；同时还针对掺灰比、固结比以及频率等影响因素进行了深入研究，得出了下列的结论：石灰土的动弹模量随应变水平的变化规律与粘土基本一致；在相同应变水平下，随着围压的增大动弹模量将增大：增大掺灰比，动弹模量亦相应增加；当掺灰比大于5％时，效果尤其明显：固结比对动弹模量有很大影响，最大动弹模量随固结比增减而增减，动应变幅值较小时，动弹模量随固结比增减而增减，但超过某一应变幅值时，将随固结比增加而减少；在相同的振动荷载作用下，频率愈高，动弹模量愈大，但增长的幅度并不是很大。所得出的结论对工程应用具有一定的指导意义。     

分级加载下冻土动弹性模量的试验研究

基于黏弹性理论,将动态弹性模量的最大值定义为冻土的动模量,通过计算滞回曲线中直线斜率的方法来计算冻土的动模量。通过动三轴试验,对不同频率、围压和负温条件下冻土的动模量随动应变幅的变化规律进行了试验研究,结果表明：在不同频率(0.1～20 Hz)、围压(0.3～2 MPa)和负温(-0.2～-2℃)条件下,青藏黏土的动模量取值范围为393～1749 MPa,兰州黄土的动模量取值范围为101～713 MPa;同一级加载下,动模量随着振次的增加基本不变,可以采用平均值来表征该级加载下的动模量;对于青藏黏土和兰州黄土,不同频率条件下,动模量随动应变幅的增加最终趋于一稳定值,该稳定值随加载频率的增加而增大;不同温度和围压条件下,随着动应变幅的增加,动模量先减小再趋于一个稳定值,该稳定值随围压的变化较复杂,随温度的降低而增大。     

多次冻融条件下土体的融沉性质研究

以青藏铁路那曲物流中心站场路基填料为研究对象,通过室内试验深入研究和分析了压实度、荷载以及冻融次数对土体融沉性质的影响规律。研究结果表明：第1次冻融过程中压实度大的试样的冻胀融沉量小,而经历多次冻融后压实度大的试样的冻胀融沉量则变大;多次冻融后较大压实度的试样表现为隆起变形,而较小压实度的试样则表现为压密变形,即不同压实度试样在经历多次冻融后压实度趋于某一定值;存在一临界压实度值,该值下多次冻融后试样高度不发生变化;荷载的压密作用在抑制冻胀变形的同时也加剧了试样的融沉变形,总体变形量随荷载的施加和增大而增大;补水条件下多次冻融后试样的含水率远远大于初始含水率,因此应做好防排水措施;外界水源补给量随冻融次数的增加而减小,并在经历3次冻融后达到稳定,且冻结过程中的补水量远远大于融化过程中的补水量;融沉系数随冻融次数的增加先增大而后减小并在经历5次冻融后趋于稳定,因此可将5次冻融后的融沉系数作为评价土体融沉性质的指标。     

排水条件对不同固结度软黏土动力特性影响试验研究

地铁隧道下卧土层由于施工扰动通常存在不同固结度,列车荷载下土体应变规律也有所差异,进而产生不均匀沉降。通过室内动三轴试验系统对杭州饱和软黏土进行动力测试,研究了排水条件、固结度、振动次数对软黏土动孔压和应变的影响,在试验和现有研究成果的基础上建立了考虑初始固结度、振动次数、排水条件的应变软化模型。结果表明:固结度愈高的土体,孔压发展愈缓慢,并且随振动次数增加,在较低的孔压水平就可达到稳定,排水条件下的孔压发展规律可由不排水试验获取。土体应变随循环次数的增加而增加,随固结度的增加而降低;提出的应变模型考虑了荷载循环过程中土体的排水,可以较好地模拟不同固结度下饱和软黏土的应变发展规律。     

不同冻融模式下淤泥质土力学及微观结构特性研究

通过改进的温控三轴仪,考虑冻融围压、次数和冻结温度组合影响,对淤泥质土开展冻融后固结不排水剪切试验(FC模式)和固结后冻融不固结不排水剪切试验(CF模式),分析上述因素对淤泥质土力学特性的影响,并通过电镜扫描试验揭示冻融围压对其力学特性的影响机制。结果表明：FC模式中,冻融围压会减少冻融后土体内孔隙数量,进而降低冻融对土体强度和模量的弱化作用;而CF模式中,冻融围压使得冻融后土体内孔隙增多,土体融化时土体内超孔压增大且无消散过程,进而加剧了冻融对土体强度和模量的弱化作用;两种模式中,随着冻结温度越低和冻融次数越多,淤泥质土强度弱化效应越明显,土体破坏时的超孔隙水压力越高。淤泥质土力学指标劣化系数随冻融围压、次数和冻结温度的变化规律可用生长函数描述。     

动荷载作用下阜新风积土结构性参数试验研究

通过一系列动三轴试验,获得不同动应力幅值、围压和含水率条件下阜新风积土轴向累积应变与振动次数的关系曲线。基于土结构性研究成果,定义风积土联结结构动应变势参数mN1、摩擦结构动应变势参数mN2和风积土总结构动应变势参数mN,探讨饱和重塑风积土发生结构破坏时,上述各结构性参数指标与试验条件间的关系。研究结果表明:mN1随振动次数的增加而减小,mN2和mN随振动次数增加而增大,且振动次数较少时各结构性参数指标变化较快,说明振动初始阶段风积土结构性损伤较为剧烈。动应力幅值和含水率越大,围压越小,风积土联结结构稳定动应变势mfN1、摩擦结构稳定动应变势mfN2和总结构稳定动应变势mfN越大。依据破坏振次与风积土总结构动应变势间的关系,建立了确定饱和重塑风积土动强度的新方法。     

管桩高应变试验条件下桩周粉质黏土动三轴试验研究

为了研究管桩在高应变试验过程中桩周土的动力学响应,选取桩周典型土质粉质黏土作为研究对象。模拟在锤击作用下,通过动三轴试验研究不同振动次数、振动频率对不同埋深条件下粉质黏土的动剪应力、阻尼比和动模量的影响。结果表明:动剪应力随着振动次数的增加而逐渐减小,频率较高时动剪应力相应的增加,同时围压的大小对土体强度影响较大;围压在100～400 kPa范围内,粉质黏土的阻尼比ld由0.251逐渐变小为0.082,且阻尼比与围压满足线性关系,即ld=5.628×10~(-4)s~3+0.295;随围压增加动模量均有明显增加,且频率较高动模量越大。试验结果中阻尼系数取值、动剪应力和动模量对实际工程预应力管桩高应变测试中参数的选择具有指导作用和应用价值。     

考虑变围压因素的饱和软黏土循环纯压动力特性

饱和土体的动力特性表现出对应力路径的依赖性。越来越多基于变围压动三轴的试验结果表明：循环围压应力路径对砂土等颗粒材料的变形和回弹特性存在较大的影响。基于变围压动三轴试验,通过循环偏应力与循环围压的耦合模拟真实交通荷载下竖向循环正应力与水平循环正应力的耦合,研究了循环围压对饱和软黏土孔压、永久和回弹变形的影响。试验结果表明：在不排水条件下,与常规恒定围压动三轴试验结果相比,循环围压的存在较大程度地改变了孔压的发展规律,减少了永久变形的累积速度,同时增加了回弹变形（即减少了回弹模量）;循环围压幅值与循环偏应力幅值的比值（RPD）越大,永久应变的减少值与回弹应变的增加值越大;并进一步建立了考虑循环围压因素的饱和软黏土永久沉降和回弹模量预测模型。     

循环荷载下冻结兰州黄土变形性质的实验研究

对温度为-1 ℃的冻结兰州黄土在围压为0.6 MPa和不同动荷载振动频率条件下进行动三轴试验,试验采用分级加载,每一级荷载振动十次,加载波形为正弦波。实验结果表明:冻结兰州黄土的累积应变在整个加载过程中逐渐增大;当动荷载加载级数增加时,累积应变率逐渐变大。动应变幅随加载频率和振次的增加而减小;当频率小于或等于1 Hz时,动应变幅随加载级数的增加而增大;当频率大于1 Hz时,动应变幅随加载级数变化不大。随着加载级数的增加,滞回曲线的面积和密集程度越来越小,整体斜率和不闭合程度越来越大。用动模量来描述滞回曲线的整体倾斜程度。当频率小于或等于7 Hz时,动模量随加载级数的增加而增大;当频率大于7 Hz时,动模量随加载级数没有明显的规律。     

典型海相软土动强度-应变特性试验研究

以舟山原状海相软土为研究对象,分析循环荷载作用下舟山海相软土动应力、动应变和动孔压随循环荷载次数变化规律以及动强度和动变形特性。试验结果表明:舟山海相软土的动强度随动荷载循环次数的增加而降低;土体动强度指标根据施加动荷载的大小和循环次数而定;应力-应变关系曲线表现为不完全封闭的滞回圈;循环加载下拉、压应变的量级受动应力幅值的影响,土体最后表现为受压破坏;双幅应变随循环次数变化趋势同累计塑性应变发展趋势相同,采用修正的Monismith模型拟合取得比较好的效果。     

建筑固废再生粒料基层填料动回弹模量特性及统一预估模型研究EI北大核心CSCD

动态回弹模量是重复交通荷载作用下路基填料的重要力学性能指标和力学法路面结构设计的关键参数。为深入研究不同土性参数和应力状态组合条件下城市建筑拆除固废再生骨料的动回弹模量特性,针对单一来源建筑固废再生骨料分别开展5种不同级配、3种不同含水率、3种不同压实度和15级不同应力状态序列下的室内循环加载三轴压缩试验,分析土性参数和动应力水平对动回弹模量的影响规律,进而采用基于平移因子函数的主曲线方法构建综合考虑不同因素的动回弹模量统一预估模型并加以验证。研究结果表明,建筑固废再生骨料的动回弹模量随压实度的降低或含水率的增加而逐渐减少,随粗颗粒相对含量的增多而逐渐增大;动偏应力和围压水平对压实后的再生骨料动回弹模量的影响均较大,且围压的影响更显著;所构建的统一预估模型可同时考虑多个因素的影响且精度更高。研究结果可为建筑固废再生骨料在粒料基层中的资源化高值应用提供理论依据和研究基础。     

粗粒氯盐渍土动态回弹模量试验研究与理论模型

为探究粗粒氯盐渍土动态回弹模量受荷载、盐分及湿度影响下的变化规律,借用室内动三轴试验,研究了不同应力状况、含水率及含盐量条件下粗粒氯盐渍土动态回弹特性。结果表明:动态回弹模量随围压和体应力增加而增大,随偏应力、盐分及水分的增大而减小;粗粒盐渍土中含盐量和含水率越高,围压、偏应力和体应力对其动态回弹模量影响越明显;同一应力水平下,含盐量和含水率的增加引起动态回弹模量的降低幅度逐渐增大,且盐分较水分影响更显著。基于三参数理论模型对试验结果进行回归分析发现,该模型具有较高的决定系数,并建立了精度较高的模型参数预估公式,可有效预测粗粒氯盐渍土动态回弹模量。     

冻压条件下冻融软土孔隙特征与动力特性分析EI北大核心CSCD

杭州软土地区地铁联络通道建设多采用冻结法施工,在整个冻结范围内,不同区域的土体冻融期间承受不同冻结温度与冻融压力。通过自主研发土样制作仪器,得到不同组合冻结条件的试样,再基于核磁共振试验,研究冻融土在不同冻结压力、冻结温度以及加载情况下精确孔径分布特征曲线变化规律,并结合动三轴试验深入探究以孔压、应变以及刚度为代表的动力特性。最终,建立以一次对数为基础的动孔压预测模型,该模型参数物理意义清晰,能较好地预测不同冻融条件下软土动孔压发展。研究结果表明:随着冻结温度的降低,孔隙中的水冻胀效果更为明显;冻融期间围压可有效使融土骨架结构更为紧密,从而减少融土在循环荷载下的变形;循环荷载作用下,小孔隙尺寸大幅度减小,尺寸分布范围增大,中等孔隙进一步向次级孔隙发展;不同冻融压力作用下,孔压极限值与冻融完成后中等孔隙的面积呈类线性相关。研究成果可作为冻结法施工条件下,预测冻融土结构损伤程度与循环荷载下孔压发展的可靠依据。     

中国青藏铁路北麓河路基冻土动应变速率试验研究

基于低温动三轴试验,研究中国青藏铁路北麓河路基冻结粉质黏土在轴向分级循环荷载作用下的变形特征。在不同负温、频率、围压、含水率条件下,考察冻土试件轴向残余应变时程曲线,获得轴向动应变速率受动应力幅值影响大,并随应力比增大而增大,随负温降低、频率升高、含水率增大而减小,随围压增加而线性增大的结论;据此,提出采用幂函数拟合应力比、负温、含水率、频率与轴向动应变速率之间关系,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。有利于合理预测青藏铁路等实际工程在交通荷载作用下由冻土动力残余变形而产生的沉降量,并对于进一步研究冻土路基列车行驶振陷问题具有重要意义,且为建立冻土疲劳模型积累基础试验成果。     

不同条件下粉砂融土动力参数试验研究

研究不同条件下粉砂融土动模量和阻尼比等参数的变化规律。借助动三轴试验发现:相同动应变下,动应力与围压、初始含水率、振动频率和固结时间成正比,动应力和动应变非线性关系明显;随着围压增大,动模量增大,动模量比和阻尼比减小;随着初始含水率提高,动模量和动模量比增大,阻尼比减小;随着频率增大,小应变时动模量增大,阻尼比基本不变,大应变时动模量基本不变,阻尼比显著减小,频率对动模量比影响不大;随着固结时间增加,动模量和动模量比增大,阻尼比减小。     

单幅值循环动载下饱和砾砂动力特性试验研究

为探究动应力比和围压对饱和砾砂动力特性的影响,通过一系列饱和砾砂动三轴试验,分析了动应力比和围压对饱和砾砂轴向累积应变、回弹模量、动孔隙水压力以及滞回曲线的影响。结果表明:在同一围压下,动应力比增加时,砾砂的轴向累积应变、回弹模量增大,而动孔隙水压力减小;不同围压下,饱和砾砂的轴向累积应变、回弹模量以及动孔隙水压力均随围压的增加而增大;围压的增大有利于提高土体能量耗散的能力,而振次的增加会使土体的耗能作用减小;滞回曲线的倾斜程度随动应力比、围压以及振次的增加而增大,表明土体的回弹模量增加、刚度增大;滞回曲线的演化规律能够更加形象地反映出土体形变、刚度和耗能作用的变化,对土体动力特性进行分析时应结合滞回曲线的演化规律进行综合分析。     

冻融与疲劳荷载交替作用下预应力混凝土梁损伤研究

通过12根预应力混凝土梁的冻融和疲劳交替试验,探索疲劳荷载上限、混凝土强度等级、预应力度及冻融疲劳交替次数比对试件外观形态、疲劳加载时的挠度及混凝土动弹性模量变化规律的影响;利用极差分析方法研究预应力度、疲劳荷载上限和冻融疲劳交替次数比对动弹性模量衰减速率的影响。试验结果表明,施加预应力和提高混凝土强度可以有效改善试件的抗冻性能;冻融作用增大了疲劳加载时试件的挠度增加率,促进了试件刚度的衰减;疲劳荷载上限始终是影响动弹性模量衰减的控制因素,随着试验的进行预应力度和冻融疲劳交替次数比对试件动弹模量的影响逐渐增加。     

循环荷载作用下结构性软土微结构演化特性试验研究

 为探讨动荷载作用下结构性软土微结构演化特征,对天津滨海新区典型结构性软土进行动力三轴试验,并对特定循环振次下土样进行微结构制样及电镜扫描,重点研究不同动应力比、不同振次以及不同围压下,循环荷载作用对软土微结构演化的影响。试验与测试结果表明：随动应力比、振次以及围压的增加,颗粒数量和孔隙数量增加,而颗粒等效直径、颗粒形态比、孔隙等效直径、孔隙形态比减小。当动应力幅值小于临界幅值时,微观结构随振次增加很快趋于稳定,当动应力幅值大于或等于临界幅值时,微观结构随振次增加持续处于变化中。循环荷载作用过程中,当围压分别在土体固结结构屈服应力前后取值时,微观结构参数值存在明显变化,不同微结构参数值与振次均呈对数关系,相关性较好。