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。     

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_...     

洱海泥炭质土动剪切模量和阻尼比试验研究

为探究洱海地域泥炭质土动力学特性,利用GDS动三轴仪对重塑土样进行循环加载试验,得到了一系列围压、固结比、频率控制条件下的泥炭质土动应力-应变关系曲线,分析了不同围压、固结比、频率对土体动剪切模量G_d、动剪切模量比G_d/G_dmax和阻尼比λ的影响规律。结果表明:动剪切模量G_d随剪应变γ_d增大而减小,γ_d较小时,衰减速率较小,随着γ_d继续增大,衰减速率先增大后减小;在同一剪应变下,G_d随围压、固结比增大而增大,G_d对频率变化表现不敏感;采用Hardin-Drnevich双曲线模型(H-D模型)对重塑泥炭质土动应力-应变曲线拟合效果较好,动剪切模量比G_d/G_dmax随剪应变γ_d增大而减小,围压、固结比和频率对G_d/G_dmax的衰减规律无明显的倾向性;阻尼比λ随剪应变γ_d增大而增大,围压对λ变化规律影响较复杂,γ_d较小时,λ随围压增大而减小,γ_d较大时,λ随围压增大而增大;固结比越大,λ越大,频率越大,λ越小,λ对频率变化表现更敏感,体现了循环加载下泥炭质土的速率效应。     

各向异性固结下饱和珊瑚砂的不排水循环反应特性

珊瑚砂是海洋成因的碳酸盐土，碳酸钙含量大于90%,由于其赋存条件特殊，波浪与地震作用导致珊瑚砂的循环应力状态异常复杂。为探究复杂静、动应力状态下饱和珊瑚砂的不排水循环反应特性，利用GDS空心圆柱扭剪仪对南沙珊瑚砂开展不同固结条件下90°跳转循环应力路径的系列不排水循环剪切试验。试验结果表明：各向异性固结条件下，超静孔压u_e和广义剪应变γ_g的增长速率随固结方向角α_c的增大而显著增加，而随固结比k_c的增大而显著降低。在相同固结条件下，u_e和γ_g的增长速率随循环加载方向角α_σ的增大表现出先增后减的趋势。提出循环偏应力比q_a/S_PT(循环偏应力幅值q_a与不排水单调剪切试验得到的相变强度S_PT之比)作为循环应力水平指标，不同的固结条件和循环加载路径下，饱和珊瑚砂的抗液化强度曲线有唯一性，且q_a/S_PT与失效循环次数...     

海洋黏土孔压增长和刚度弱化的循环阈值剪应变试验研究

循环阈值剪应变是循环荷载作用下饱和土体的基本特性。针对不同塑性指数(I_p)的长江口原状饱和海洋黏土，开展了一系列应变控制逐级加载的不排水循环三轴试验，研究了引起原状饱和海洋黏土孔压增长的循环阈值剪应变(γ_tp)和刚度弱化的循环阈值剪应变(γ_td)。结果表明：长江口海洋黏土γ_tp和γ_td均随I_p的增大而增大，相同测试条件下，同一海洋黏土的γ_tp大于γ_td,I_p≈17时，γ_tp=0.018%～0.019%,γ_td=0.011%～0.012%,I_p≈30时，γ_tp=0.037%～0.041%,γ_td=0.022%～0.027%；长江口海洋黏土刚度弱化的发生不一定需要孔压的增长，但会因孔压增长而加剧。与已有文献中陆域黏土的γ_tp和γ_td的对比分析发...     

不同循环应力路径下饱和珊瑚砂体应变的发展特征

地震、波浪引起排水或部分排水状态的饱和砂类土体应变的累积，会导致地表、海床和附近结构物的显著破坏，且饱和砂土排水循环加载的体应变增长与不排水循环加载的孔压增长存在定量的对应关系。通过对饱和珊瑚砂开展系列均等固结条件下排水循环剪切试验，探讨了初始相对密度D_r、循环应力路径及应力水平(CSR)对饱和珊瑚砂体应变发展特征的影响。试验结果表明，同一D_r和CSR下，残余体应变ε_vd,ir随短长轴比和在0°～90°时的椭圆倾角存在单调增长关系。不同D_r、循环应力路径和CSR下饱和珊瑚砂ε_vd,ir随循环次数N的发展曲线具有统一性，提出了两者的显式关系式。饱和珊瑚砂残余体应变极值(ε_vd,ir)u与ε_vd,ir-N关系曲线的收敛速度与D_r、循环应力路径和应力水平密切相关。引入单元体循环应力比USR来表征不同循环应力路径和CSR下饱和珊瑚砂的ε_vd,ir，发现同一D_r下，(ε_...     

荷载频率对动模量阻尼比影响的试验研究

目前荷载频率对动模量阻尼比影响规律尚无较为统一认识,定量结果尚少。采用新型高精度动三轴仪试验,研究不同荷载频率对典型砂土和黏土动模量阻尼比影响问题,并以此为基础从对地震动影响角度讨论考虑荷载频率相关动模量阻尼比必要性。结果表明:对砂土而言,荷载频率对其动剪切模量影响不大,随着加载频率的增大,阻尼比略有减小,但差别基本可以忽略;对黏土而言,荷载频率对其动剪切模量和阻尼比有重要影响,随着振动频率的增加,动剪切模量增大,阻尼比减小;黏土参考剪应变随荷载频率增大而增大,二者呈递增的指数函数,当f≤1 Hz时,影响十分明显,当1 Hzf≤3 Hz时,有一定影响,当f3Hz时,影响不明显;黏土最大阻尼比随频率的增大而减小,二者呈递减的指数函数,当f≤10 Hz时,影响较为明显,当f10 Hz时,影响程度显著减弱;采用两组频率下模量阻尼比曲线计算黏土层地震动,地表加速度峰值和反应谱差别很大,且随着震动增强而显著增大,说明考虑黏土层动模量阻尼比的荷载频率相关性是十分必要的。     

软黏土不排水循环应力应变响应的弹塑性模拟

为描述循环荷载作用下饱和软黏土不排水应力应变特性,以Mises屈服准则构建边界约束面方程,利用硬化模量插值方法及映射中心移动方法,在偏应力空间中构建硬化模量场,建立了一个总应力形式的增量弹塑性边界面模型。该模型依据径向映射法则建立弹塑性模量插值函数,并认为加卸载过程中映射中心随加卸载路径变化而不断移动,通过弹塑性模量的插值及映射中心的移动,使得硬化模量场的演化规律表述简单,跟踪循环应力路径所需记忆的参数较少。另外,模型通过在弹塑性模量插值函数中引入反映剪应变累积速率和大小的参数控制累积剪应变随循环次数的变化规律,不仅可描述循环加载时应力应变曲线的非线性、滞回性、应变累积性等基本特性,还可预测不同初始应力水平、循环应力水平下土单元的应力应变响应。最后阐述了利用循环三轴压缩试验确定模型参数的方法,并对循环三轴拉伸试验结果进行了预测,通过预测结果与试验结果的对比,验证了所建模型的合理性。     

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。     

膨胀土原位剪切模量–剪应变衰减曲线与特征分析

为了评价原位应力状态膨胀土在小应变作用下的刚度衰减特性,综合原位地震扁铲侧胀和室内共振柱试验,分析应力历史、应力状态和试样扰动对膨胀土剪切模量衰减规律的影响。结果表明,应力状态和应力历史对膨胀土剪切模量影响较大,相同应力历史下,剪切模量随围压增加而增大,随着应变的发展,衰减较快;相同应力状态下,经历加载–卸载过程的剪切模量–剪应变(G-γ)衰减曲线位于仅经历加载过程的曲线上方,但经历加载–卸载和加载–卸载–再加载过程后土的G-γ衰减曲线基本重合;另外,相同应力历史条件下,土的原位剪切模量较室内共振柱试验所得剪切模量值大,且衰减更快,说明取样卸荷、运输及制样等扰动因素对土体结构造成了不可逆的损伤,通过室内加卸载过程无法还原其原位力学性状;参考剪应变不同时,推求得到的原位G-γ衰减曲线的中间部分差异较大,参考剪应变越小,剪切模量衰减越快,说明合理选取参考曲线和小应变剪切模量是推求原位G-γ衰减曲线的关键。该研究可为类似场地地震分析和沉降分析提供理论基础和技术支持。     

K0固结珊瑚砂的应力-应变模型及变形参数研究

珊瑚砂作为岛礁吹填地基的填料，在填筑期的应力路径具有K₀固结的特点。利用三轴试验系统对不同初始相对密度的珊瑚砂进行了一系列的K₀固结试验，研究了珊瑚砂的应力–应变特性，测试了珊瑚砂的K₀系数和颗粒破碎率。基于广义虎克定律，建立了幂函数形式的非线性弹性模型来描述K₀固结珊瑚砂的应力–应变关系，提出了变形参数的函数表达式，并将模型计算结果与试验曲线进行了对比。结果表明：K₀固结珊瑚砂的应力-应变关系可用幂函数表示。随着轴向有效应力的增加，K₀减小，颗粒破碎率增大。在相同的轴向有效应力条件下，珊瑚砂的初始相对密度越小，K₀越大，颗粒破碎率越高。在K₀状态下，随着轴向有效应力的增加，珊瑚砂的切线模量增加，切线泊松比减小。珊瑚砂的初始相对密度越大，相同轴向有效应力下的切线模量越大，切线泊松比越小。幂函数模型合理地预测了一定应力范围内K₀固结珊瑚砂的应力–应变关系，模型及变形参数反映了K₀     

应变历史对黏土剪切模量和阻尼比的影响

在50 kPa、100kPa、300kPa和500kPa固结压力下,对16个土样进行高循环次数剪切试验以测定应变历史对正常固结黏土动力特性影响.实验结果表明:在排水固结阶段随着固结时间推移,剪切模量曲线上升而阻尼比曲线下降,剪切模量变化因固结压力增大更明显,25 h后两者变化趋于稳定;等幅值应变控制循环加载时,动剪模量...     

复杂加载下K0超固结黏土的本构模型

卸载后的K₀超固结黏土同时具有初始各向异性以及超固结特性,其特点有如下三方面：(1)当大主应力沿着K₀固结沉积面法线方向加载时,此时的剪切模量较等方向固结的剪切模量更高。(2)由于初始偏压固结导致三轴压缩下K₀固结黏土的临界状态应力比相较等方向固结的更大。(3)循环加载导致超固结特性以及应力诱导各向异性更为显著。基于超固结土UH模型,引入反映初始各向异性的边界面转轴参量ζ,通过倾斜边界面来提高其塑性模量。分析其剪胀应力比特征,提出状态应力比来替换统一硬化参数中的普通应力比,用来反映应变硬化、软化现象,引入旋转硬化规则用来反映复杂加载路径下的应力诱导各向异性性质,同时修正统一硬化参数,用来反映循环加载下的塑性体应变累积特性,塑性偏应变的滞回圈与棘轮特征,卸载路径的塑性变形特性。利用基于t准则的变换应力方法将上述新模型转变为三维本构模型,通过与一系列K₀超固结黏土在不排水及循环加载等复杂加载路径下的试验与预测结果进行对比,结果表明：新模型可简单方便地应用于K₀超固结黏土在复杂加载路...     

考虑应变软化和冻融循环影响的粉质黏土修正双曲线模型

为反映超固结土应力-应变关系在冻融循环下的变化规律,提出一种可以同时考虑应变软化和冻融循环影响的修正双曲线模型。首先,基于Kondner双曲线模型和割线模量定义,通过变换双曲线模型函数得到无量纲化割线模量E_s/E_i与无量纲化偏应力q/q_max关系的基本形式。根据压实粉质黏土的三轴试验结果,将应变软化前、后的E_s/E_i-q/q_max关系分别用幂函数描述,建立了可反映应变软化的修正双曲线模型,包含c、φ、K、n、f、g、α、β等8个参数。然后,通过确定模型参数随冻融循环次数的变化规律来反映冻融循环对土的影响。结果表明：随着冻融循环次数的增加,峰值强度和黏聚力c逐渐减小,内摩擦角φ逐渐增大;初始割线模量E_i逐渐减小,相应地K逐渐减小,n值逐渐增大;f和α反映应变软化时分段函数中割线模量的界限值,分别逐渐增大和减小;g和β反映应变软化前、后的E_s/E_i-q/q_max曲线形状,g...     

周期荷载作用下土动剪模量衰减特性研究

对重塑非饱和土样进行了固结压力为50kPa的循环单剪试验。考虑到土样在循环荷载下产生的塑性变形积累,引入物态参数累积体积应变εv来代表循环荷载的影响,对试验结果进行分析,得到了以εv为参数的动应力-应变函数,根据εv与循环次数N的关系,得出动剪模量在不同剪应变条件下随N的衰减关系。通过分析在不同剪应变下衰减趋势得出衰化系数d与剪应变的相关性不太明显,最后拟合出动剪模量归一化量GN/G1随循环次数N的衰减函数形式。     

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。     

振动台试验饱和机制砂模型土动力特性研究

根据饱和砂土-结构相互作用振动台试验的相似性要求,对饱和砂土的相似性要求进行探讨,提出以机制砂作为通用的饱和砂土模型材料。通过动力三轴分级循环加载试验,研究饱和机制砂模型土的最大动剪切模量G_max、动剪切模量比G/G_max-γ曲线、阻尼比λ-γ曲线、孔压比r_u-ΔW曲线的变化范围,得到其动力本构模型参数随有效粒径d₁₀、不均匀系数C_u、曲率系数C_c和相对密度D_r的变化规律和拟合公式,并根据相似要求和拟合公式分不同情况给出饱和机制砂模型土的配制方法。与文献中多种原型砂土的相似性分析表明,饱和机制砂模型土可以对大部分原型砂土有效实现动力特性相似和液化特性相似,证明其广泛适用性。     

长期循环荷载下珊瑚砂累积变形特性试验研究

对取自南海的珊瑚砂进行等向和K_0固结的三轴排水剪切试验,发现固结路径对珊瑚砂的剪切行为有显著影响。在此基础上,采用K_0固结条件,设计一系列不同围压和循环动应力比的长期排水循环加载三轴试验,研究得到珊瑚砂具有门槛颗粒破碎循环动应力比,安定性理论可用于解释不同动应力比长期循环加载下珊瑚砂的累积变形发展模式。基于静力和动力试验结果,引入相对偏应力水平,建立能反映初始固结状态和循环动应力比的珊瑚砂排水循环加载轴向残余累积应变显式计算模型,对预测循环荷载下珊瑚砂地基长期沉降有积极意义。     

动剪模量和阻尼比的循环单剪试验研究

使用循环单剪系统,在100kPa、200kPa、300kPa三种固结压力下,通过分级施加动剪应变对一粉质粘土进行了原状土样的动力试验。研究了应变、固结压力对动剪模量和阻尼比的影响,并得到了该粉质粘土的最大动剪模量Gdmax和G/Gdmax-γd、D/Ddmax-γd曲线。本文的试验方法和数据分析对使用循环单剪试验研究土的动力特性有较好的参考作用。     

主应力轴连续旋转下软黏土软化特性试验研究

利用GDS空心圆柱扭剪系统对原状软黏土进行大周次循环扭剪试验,分析了在主应力轴旋转条件下不同有效围压和不同循环应力比下软黏土的软化特性.结果表明:不同循环次数下土体的剪切应力-应变滞回曲线有明显的差异,随着循环次数的增加,土体的剪切模量减小;在相同有效围压条件下,随着循环应力比的增大,土体轴向模量和剪切模量的软化指数降低;在相同循环应力比下,随着有效围压的增大,土体受到的侧向约束增大,轴向模量和剪切模量的软化指数减小.