考虑软化特性的软黏土动应力-应变关系研究

针对在地震、波浪、交通等循环荷载的作用下饱和软黏土残余孔隙水压力上升，从而导致软黏土刚度、强度发生软化的这种现象，对循环荷载作用下考虑循环软化特性的饱和软黏土动应力-应变进行了研究.以往的研究大多忽略初始偏应力对软黏土循环软化及动应力 应变关系的影响.通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验，研究了循环次数、循环应力水平、初始偏应力对饱和软黏土刚度软化及应力 应变关系的影响.试验结果表明，随着循环次数的增加，土体刚度逐渐减小；循环应力水平的提高和初始偏应力的施加都将加快刚度软化和累计塑性应变的发展，从而加速土体的破坏.同时，在试验的基础上推导了反映土体刚度软化规律的经验公式，利用该公式并结合修正的Masing准则对软黏土的动应力-应变关系进行描述.     

部分排水条件下饱和红黏土循环试验研究

为了研究交通荷载作用下路基天然黏土层的长期动力特性,采用GDS循环三轴系统,对赣南地区的路基红黏土开展部分排水条件下大次数循环荷载试验.研究部分排水条件下红黏土的孔压累积和模量变化情况,分析循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比对红黏土累积变形的影响.研究结果表明,红黏土的最终竖向累积变形随循环应力比和初始固结应力比的增大而指数型增大,随平均初始固结压力的增大而线性增大,提出考虑循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比和循环次数的累积应变模型,通过不同动应力状态下红黏土累积应变随循环次数发展曲线的归一化表明了该累积应变模型的正确性.     

交通荷载下软土的变形及微结构演化特征

为探讨交通荷载作用下软土变形特征及微结构演化,对中国深圳前海地区软土进行动三轴试验,并将试验后的土样进行微结构制样及电镜扫描,解释动三轴试验中土样的变形机理.动三轴和微观结构测试结果表明,临界动应力比随试验条件而变化,围压增加,软土临界动应力比减小,振动频率增加,临界动应力比增加.当动应力比小于临界动应力比时,随着动应力比增加,孔隙受到压缩而趋于扁平化,累积轴向应变增加.而相同动应力比条件下,轴向应变随振动频率增加而减小,随有效固结围压增加而降低.超过临界动应力比后,土体原结构发生破坏,颗粒重新排列导致孔隙普遍加大,孔隙扁平化加剧.     

不同应力路径下超固结软黏土的永久变形特性

为了真实模拟软土路基在长期交通循环荷载作用下的沉降特性,通过部分排水条件下、不同应力路径下的正常固结及超固结温州饱和软黏土的循环三轴加载试验,对循环偏应力和循环围压耦合作用下饱和软黏土的永久轴向应变特性进行了研究,重点分析了超固结比及循环围压对饱和软黏土永久轴向应变的影响.研究结果表明:部分排水条件下,超固结土体相较于...     

单向循环荷载作用下饱和重塑红黏土的动力特性

为探究长期循环动荷载作用下红黏土的塑性累积应变效应,对南昌地区饱和重塑红黏土进行单向加载循环三轴试验,研究了动应力比、初始孔隙率、固结围压、加载频率、排水条件对红黏土塑性累积应变和动孔压的影响。结果表明：随着动应力比的增大,红黏土变形曲线由渐稳型向破坏型过渡;当动应力比小于临界动应力比时,随着循环振次的增加,红黏土的塑性累积应变和动孔压发展曲线均表现为起始快速增长,后出现拐点,最终趋于稳定;相同的动应力比下,试样的累积应变和动孔压随初始孔隙率、固结围压的增大而增大,随加载频率的增大而减小,不排水条件下的累积应变要大于排水条件下的累积应变;塑性累积应变越大,应变发展曲线拐点出现越滞后;随着动应力比的增大,土体的软化程度也越大,但在较高的循环振次下,软化程度减弱。     

长期循环荷载下饱和软黏土安定性模型

鉴于传统显式、隐式模型计算饱和软黏土长期循环荷载下轴向塑性累积应变的不足,在建立饱和软黏土总应力弹塑性模型基础上,考虑软黏土在长期小动应力比循环荷载作用下具有安定性特点,结合过应力模型及安定性理论提出计算饱和软黏土长期循环荷载下轴向塑性累积应变安定性本构模型。安定性模型能合理描述饱和软黏土循环荷载下的变形特性,模型只考虑最大塑性变形包络线故可采用任意积分步长,适用于大数目循环加载的累积变形计算及长期交通荷载下地基的沉降计算。     

循环荷载下冻融路基黏土长期塑性行为

采用室内试验的方法,考察了冻融循环次数和应力水平对路基土静剪切强度和塑性变形的影响规律。结果表明：围压降低和冻融循环的累积导致路基土静剪切强度发生衰减,且当动应力水平升高时,路基土的永久变形逐渐由塑性安定向塑性蠕变或增量失稳状态发展。综合分析测试结果,明确了避免冻融路基土永久变形出现失稳状态的临界应力水平和各类型判别准则,提出了考虑围压和冻融循环次数的临界动应力描述公式,并以动应力产生的剪应力与抗剪强度的比值表征剪切作用,建立并验证了适用于冻融路基黏土永久变形的力学-经验模型。本文研究成果可为季冻区路基的稳定及耐久运营予以理论支持。     

交通荷载下粉质黏土路基翻浆冒泥机理试验

为研究粉质黏土路基翻浆冒泥发生规律,自主研制了一套路基翻浆冒泥模型试验装置。模型中路基层分别采用级配碎石与粉质黏土进行填筑,试验研究了交通循环荷载下路基中孔压累积、翻浆冒泥与沉降发展全过程,分析了粉质黏土地基土体成分、孔隙比等对路基翻浆冒泥的影响规律。研究表明:交通循环荷载下地基内部孔隙水压逐渐累积,当地基中有效应力为零时出现瞬态液化并发生翻浆冒泥现象。针对易发生翻浆冒泥的粉质黏土地基,试验发现黏粒含量与孔隙比是影响路基翻浆冒泥的重要参数;黏粒含量增加将使地基中孔压累积,进而发生翻浆冒泥现象;而同样黏粒含量下,地基孔隙比减小将使路基翻浆冒泥现象受到抑制。基于试验结果,在塑性指数和孔隙比坐标系下提出了地基翻浆冒泥的判别参考准则,当塑性指数与孔隙比位于该判定准则上方时,可初步判定路基易发生翻浆冒泥。本文研究可为交通荷载下道路翻浆冒泥评价与控制提供参考。     

循环荷载下软黏土回弹和累积变形特性

针对交通荷载循环应力水平低、循环次数大的特点,利用英国GDS公司生产的振动三轴仪在不同固结围压、不同循环应力比下对温州原状饱和软黏土进行了大周数（50 000次）不排水循环加载试验,研究了循环应力比对饱和软黏土应力-应变曲线、回弹模量和累积应变的影响.研究表明：循环应力比对饱和软黏土应力-应变曲线的形状及其发展规律影响明显.相应地,随着循环应力比的增大,回弹模量的衰减程度加大,达到稳定所需的循环次数增多.通过对50 000次循环后的回弹模量和累积应变进行分析,发现循环应力比在0.60-0.70是一个临界应力水平,当循环应力比大于该水平时,回弹模量不随循环应力比的变化而改变,达到“渐近线刚度”;而累积应变则开始迅速增长,变得不稳定.     

风积沙在循环荷载作用下的变形特性试验研究

通过动三轴试验研究了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,分析了围压、循环荷载大小、偏压固结比、初始静偏应力和循环荷载作用频率对累积塑性应变的影响,得出了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,根据循环荷载的大小应变类型可以分为4种:稳定型、缓慢增加型、匀速增加型和突然增大型。当围压为20kPa时,其临界动应力水平D的取值范围为:0.27D0.33。风积沙的累积塑性应变随着循环荷载大小、初始静偏应力的增加而增大,随着围压、偏压固结比和荷载作用频率的增加而减小。提出了一种针对动应力水平较低时风积沙累积塑性应变模型,并验证了模型的正确性。     

地铁隧道基底饱水风化软岩动力特性试验研究

为探究在列车长期循环荷载作用下地铁隧道基底风化软岩的累积塑性应变变化规律,以南昌地铁基底泥质粉砂岩为研究对象,开展不同风化程度饱水泥质粉砂岩在动应力比、静偏应力比、围压和频率等工况的室内动三轴试验,研究在不同影响因素下饱水风化泥质粉砂岩的动力变形特性规律。结果表明：在不同影响因素下,全、中风化泥质粉砂岩累积应变分别在加载1 000、100次开始趋于稳定;全风化泥质粉砂岩的临界动应力比在0.3~0.4之间;与不同动应力比和静偏应力比情况相比,改变围压和频率对两种风化泥质粉砂岩累积应变影响不大;通过分析试验结果数据,提出考虑加载次数、动应力比等因素的累积塑性应变数学模型。     

交通荷载作用下上覆硬壳层软土地基动力响应特征

借助数值模拟软件FLAC3D的动力分析功能,编制了计算模型构建与求解的程序,对交通荷载作用下上覆硬壳层软土地基动力响应特征展开分析.交通荷载作用下产生的动应力在地基土中的传递规律表现出以下特征:不同埋深处,应力时程曲线波动出现短暂的滞后现象;应力水平的高低以及有无硬壳层对于动应力衰减速率影响较大,动应力衰减速率呈现非线性变化特征;动应力沿深度方向的衰减率较静应力明显迅速;上覆硬壳层的存在增大了动应力的影响扩散半径,且动应力在地基土中的扩散路径得以改善.     

循环荷载下各向异性软黏土应变-软化模型

通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,对循环荷载作用下各向异性固结软黏土的软化特性及残余应变发展规律进行了研究.试验结果表明,随着循环次数的增加和循环应力比的提高,软化指数逐渐减小;对于各向同性固结软黏土,软化指数与循环次数的对数表现为曲线关系,对于各向异性固结软黏土,两者表现为直线关系;对于各向同性固结土体,在循环初期,残余应变为负应变,随着循环次数的增加,负应变逐渐增大,当循环次数达到一定时,负应变开始逐渐向正应变发展;对于各向异性固结土体,随着循环次数的增加,残余应变均表现为正应变.在试验的基础上建立了各向异性固结软黏土循环残余应变 软化模型,该模型反映了软黏土循环软化特性及残余应变变化规律.结合该残余应变 软化模型对Iwan模型进行了修正,修正后的模型可以较好的描述各向异性固结软黏土的动应力应变关系.     

主应力轴循环旋转下原状软黏土临界性状研究

针对在交通、波浪等动荷载下土体所受应力状态具有主应力轴循环旋转的特征,对杭州地区典型原状软黏土开展不排水模拟试验.主应力轴双幅循环旋转的试验结果表明,试样扭剪、轴向应变发展受主应力轴旋转角度的影响,当转角大于一定值时,破坏应变以扭剪应变占主导,反之则要考虑扭剪和轴向等应变的共同影响.在同一旋转频率下,随着剪应力提高,试样破坏应变同步提高,且与破坏振次对数值成线性关系;若剪应力幅值不变,随旋转频率提高,临界破坏应变同步减少,破坏振次大幅提升,两者在对数曲线上亦可用线性关系表示.与等剪应力幅值的主应力轴双幅循环旋转试验结果相比,当单幅循环旋转破坏时扭剪应变很大,且受频率或剪应力幅值影响小,同时最小破坏剪应力也有显著提高.     

湿地湖泊相黏土应力-应变及屈服特性试验

为探讨结构性和各向异性影响下湿地湖泊相黏土的应力-应变特性和屈服特性,分析结构性和应力路径对湿地湖泊相黏土应力-应变关系的影响,基于应力路径试验系统研究湿地湖泊相黏土的屈服特性.结果表明:湿地湖泊相黏土的应力-应变特性受胶结和组构的显著影响,当土体球应力增量大于0时,胶结和组构共同承担荷载,能提高土体的抗压强度并减小压缩变形;当土体球应力增量小于0时,组构不能承受拉应力,仅有胶结承担荷载,胶结能够提高土体承受拉应力的能力并产生较大的膨胀变形.由于不同应力路径下湿地湖泊相黏土均受球应力和偏应力的交互影响,导致其应变方向与应力路径方向存在一定偏差,但塑性应变增量与屈服轨迹却存在较好的正交性,可以采用相关联法则描述塑性流动特性.最后,由于受沉积时的K₀固结和胶结影响,湿地湖泊相黏土的屈服轨迹为一旋转椭圆形,并和临界状态线一起与p′轴交于q-p′平面原点左侧.     

飞机荷载作用下超载预压软土地基的长期沉降

为了研究超载预压地基在飞机荷载作用下的长期沉降,通过对温州淤泥质黏土进行室内循环三轴试验,建立饱和软黏土的累积塑性应变模型和累积孔压模型.利用层状弹性理论计算地基中的动偏应力,结合已建立的经验模型得到在交通荷载作用下软土地基的累积塑性应变和孔压消散应变.采用分层总和法计算飞机荷载作用下温州机场跑道超载预压地基的长期累积沉降,将计算沉降值与实测沉降值进行对比,验证了饱和超固结土不排水累积塑性应变模型和累积孔压模型的合理性.     

循环荷载作用下非饱和盐化粉土动力特性

西北地区机场若采用盐化粉土进行道基填筑,在飞机滑行荷载重复作用下,道基累积变形将成为影响机场服役性能的关键。为此,选取北方某地区粉土开展动三轴试验,研究循环荷载下不同含盐量(质量分数)对粉土动力特性的影响,并提出以累积塑性应变4%作为道基破坏标准的盐化粉土动强度预测模型。结果表明：随动应力幅值的增加,盐化粉土塑性变形逐渐由塑性安定状态向增量破坏转变;含盐量对粉土累积轴向应变、动模量、临界动应力有明显影响;相同动应力幅值下,当含盐量由0增加至5%时,试样累积轴向应变以1%含盐量为界限呈先减小后增加的趋势;低动应力幅值下,试样动模量随含盐量增加而逐渐衰减;从微观上对盐化粉土在1%低含盐量时强度短暂增强、高含盐量时强度逐渐衰减的现象进行分析,盐化粉土试样强度与土体孔隙中离子浓度以及土体颗粒排列方式有关;根据盐化粉土动强度预测模型,可得1%含盐量的土体塑性安定临界值约为5%含盐量土体的2.2倍。研究结果可为盐化粉土地区机场道基承荷能力设计提供参考。     

循环荷载作用下超固结软黏土变形特性试验研究

利用GDS振动三轴仪对温州饱和软黏土在不同超固结比下进行了循环加载试验,研究了超固结比对温州饱和软黏土应变发展规律、应力-应变滞回曲线特征、累积应变预测方程等的影响.试验结果表明:在相同循环应力比下,超固结软黏土的应变随超固结比的增大而减小,且随超固结比的增大,使软黏土破坏所需的循环应力比呈现出减小的趋势.由于超固结土先期承受了较大的固结压力,随着超固结比的增大,软黏土的应力-应变关系逐渐由粘弹性转变为近似弹性特征.基于不同超固结比下的试验结果建立了累积应变预测方程,阐述了方程中各参数的物理意义及确定方法.     

不同频率循环荷载下大理岩动力学特性试验研究

利用MTS 815岩石力学试验系统,对大理岩进行了单轴压缩和不同振动频率、不同动应力幅值的循环加卸载试验,探讨循环荷载的振动频率和动应力幅值对大理岩的动弹性模量和动泊松比的影响.研究结果表明,在不同应力幅值的循环荷载作用下,大理岩的动应力-动应变曲线不完全重合,形成了滞回环;随着动应力级别的提高,滞回环面积增大,能量耗散增加;随着循环周次的增加,累积不可逆变形增大.当动应力幅值的范围分别处在岩石弹性变形阶段和塑性变形阶段时,振动频率和动应力幅值对动弹性模量和动泊松比的影响不同.随着循环应力级别的提高,动弹性模量减小,而动泊松比呈现出逐渐增加的趋势;当动应力幅值处在岩石的屈服点以上时,随着振动频率的增大,动泊松比增加、动弹性模量减小.     

列车振动荷载下铁路粉土路基的长期沉降

结合路基粉土在循环荷载下的动力特性试验,提出动回弹模量与累积变形的预估模型.通过动力有限元分析并与现场实测相比较,研究在列车荷载作用下铁路粉土路基的动应力响应.建立列车在运行条件下铁路粉土路基长期沉降的计算方法,探讨列车速度、轴重、轴载次数以及道床、路基参数等对路基长期沉降的影响.研究表明:当线路平顺性较差且路基压实系数不高时,铁路粉土路基的长期沉降随列车速度提高线性增大,随轴载次数增加先快后慢增长,且列车轴重越大或路基压实系数越低,沉降速率越快;当粉土路基压实系数较低时,适当增加道床厚度或提高路基压实系数均能显著减小路基长期沉降;在列车动载下铁路粉土路基的长期沉降存在一个"临界影响深度",路基压实系数越低,影响深度越大.