动扭剪荷载作用下非饱和黄土动力特性试验研究

通过对黄土的动扭剪试验研究了非饱和黄土的动孔隙压力特性、动强度特性以及振陷变形特性。非饱和黄土在动扭剪试验过程中，随着轴向变形的发展，孔隙气压力逐渐上升，而孔隙水压力则基本保持不变或后期略有升高，且非饱和黄土和饱和黄土的强度及变形特性存在明显差异；同时，分析了含水量、固结应力和固结比对黄土动力特性的影响。     

初始静孔隙水压力对砂土静动力剪切特性影响的试验研究

选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力的发展产生显著的影响,从而影响砂土的静动力剪切特性。具体地,在不排水循环剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,其超静孔隙水压力发展和变形发展越快;在不排水单调剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,在砂土剪胀阶段产生负超静孔隙水压力越大,从而使砂土的强度显著提高。基于试验结果,初步探讨了初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力及静动力剪切特性的影响机理。研究表明,研究地下水位以下土体(准饱和土)静动力剪切特性尤其是研究液化问题时,应充分考虑初始静孔隙水压力对砂土抗液化强度的影响,室内试验应根据砂土所处的地下水位深度来决定初始静孔隙水压力(反压)的大小。     

非饱和黄土动力特性试验方法研究

由于适应变形的能力较差,非饱和黄土在常规动三轴试验中一般难于得到较为准确和具有较好规律性的试验结果.提出的应用动扭剪三轴仪对非饱和黄土动力特性进行试验的方法,避免了常规动三轴仪振动过程中的固有缺陷.将该方法应用于对杨凌非饱和黄土在不同湿度条件下进行了动强度及动模量和阻尼比试验,试验过程中实现了对非饱和黄土的孔隙水压力和孔隙气压力的动态测量,试验结果取得了比较明显的规律性.     

循环加载频率对砂土液化模式的影响试验研究

为了研究循环加载频率对饱和砂土的液化特性的影响,针对密实度为35%、50%、70%的福建标准砂进行了振动频率为0.05Hz、0.1Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz的循环扭剪试验,并对密实度为50%的珊瑚砂和细砂进行了振动频率为0.1Hz和1Hz的循环扭剪试验。结果表明:无论是松砂还是密砂,其剪胀剪缩特性与加载频率密切相关,在低频荷载作用下表现出显著的剪胀特性,达到初始液化后孔隙水压力波动,土体仍具有抵抗液化能力,呈现"硬化型"液化模式;在高频荷载作用下表现出显著的剪缩特性,达到初始液化后孔隙水压力保持稳定,循环液化模式呈现"软化"特征,珊瑚砂和细砂的孔隙水压力特征和液化模式也同样受加载频率的影响,说明循环加载频率显著影响饱和砂土的剪胀剪缩特性,进而影响液化模式;液化阶段产生的流滑变形大小与加载频率密切相关,低频荷载作用下所产生的流滑变形显著大于高频荷载作用下的流滑变形。     

往复荷载下饱和粉砂中的孔隙压力

1976年7月28日唐山地震时,天津海河沿岸有不少粉砂地层发生液化。为研究其液化特性,利用取出的砂料,在室内按原状砂样容重制备饱和砂样进行液化试验,观测在往复荷载作用下的孔隙压力发展规律和变形特性。试验用南京水利科学研究所研制的振动单剪仪进行,试验结果最后归纳为抗液化强度、孔隙压力、动剪切模量以及残余剪应变与竖向固结压力、初始剪应力、动剪应力和振动周数等的关系。     

主应力偏转角对砂砾料动力特性影响的试验研究

利用空心圆柱动扭剪仪研究初始主应力偏转角α0 对一种砂砾料动强度、残余应变发展的影响。试验结果表明初始主应力偏转角α0 对土的动强度、残余孔隙水压力及残余应变的发展都具有不可忽视的重要影响。随着α0 的增大 ,动强度明显降低 ,残余孔隙水压力减小 ,残余应变发展速率加快     

主应力方向循环变化对饱和松砂不排水动力特性的影响

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了主应力轴循环变化的多种模式竖向和扭转双向耦合循环剪切及普通循环扭剪试验。针对福建标准砂, 在均等固结条件下着重研究了振动过程中主应力方向的不同变化模式对饱和松砂不排水循环特性的影响。试验研究结果表明: 振动过程中主应力方向的变化方式对饱和砂土不排水动强度具有显著的影响, 在所采用的五种类型循环剪切应力路径中, 主应力方向连续旋转条件下的动强度最低。进一步的研究发现: 对于初始均等固结条件,分别采用初始平均有效固结压力和循环破坏次数归一化的循环孔隙水压力比与循环次数比之间的关系与振动过程中主应力方向变化方式无关, 这种归一化循环孔隙水压力比随广义剪应变的变化规律及累积广义剪应变与循环次数比之间关系均与振动过程中主应力方向变化方式无关。     

不同波形下饱和黏土耦合循环剪切特性的对比研究

海洋波浪荷载在海床内土体中引起的动应力的特点是动应力幅恒定,动主应力方向连续旋转。利用土工静力–动力液压三轴–扭剪多功能扭剪仪模拟海洋波浪的加载形式,针对饱和黏土进行了竖向和扭转耦合循环剪切试验,着重对比研究了在正弦波和三角波两种不同波形条件下饱和黏土的动强度、变形特性、广义临界循环应力比与应力洛德参数。研究表明:在相同破坏振次条件下,正弦波耦合试验比三角波的动强度小,且动剪应力越小,两者动强度的相对降低也越少;在相同动剪应力幅值下正弦波耦合循环剪切的变形大于三角波的变形;耦合循环剪切试验中的广义临界循环应力比受波形的影响,正弦波的广义临界循环应力比小于三角波的;应力洛德参数的变化曲线在不同波形下也有所不同。     

K_0固结粉质黏土非共轴特性试验研究

为研究主应力轴定向旋转条件下K_0固结饱和粉质黏土的强度特性和变形特性,利用GDS三轴试验系统,进行K_0固结饱和粉质黏土三轴定向剪切试验,研究不同大主应力方向角β时K_0固结饱和粉质黏土的应力–应变发展规律及应力–应变非共轴现象。结果表明:当β45°时,K_0固结粉质黏土表现为轴向压缩变形为主,其抗剪强度随着β的增大而增加;当β=45°时,试验变形以扭剪变形为主;当β45°时,试样轴向由剪缩变形转换为剪胀变形,径向和环向表现为挤缩变形,其抗剪强度随着β的增大而减小,土体抗剪强度最大值出现在β=60°时,而非纯扭剪试验β=45°时。K_0固结粉质黏土在τ_(zθ)/σ_(c0)-(σ_z-σ_θ)/(2σ_(c0))平面上强度包络线近似呈抛物线形。除纯扭剪试验外,其余组试验结果表明K_0固结粉质黏土应力–应变关系表现出明显的非共轴现象。上述研究成果为复杂应力路径条件下K_0固结饱和粉质黏土的力学特性及其本构关系研究提供了科学依据。     

动主应力旋转下砂土孔隙水压力发展及海床稳定性判断

海洋波浪荷载可以简化为连续行进的无限长简谐荷载，它在海床内土体中引起的动应力的特点是动应力幅恒定，动主应力方向连续旋转。本文介绍用双向振动的动力扭剪仪实现这种加载方式的试验结果，着重研究这种加载条件下土样中孔隙水压力的发展规律。通过对系统试验资料的回归分析，将孔隙水压力表示为振动次数的函数或者是广义剪应变的函数。最后通过算例说明利用孔隙水压力公式判断海床土体在波浪荷载作用下发生破坏的可能性，并用常规动扭剪试验资料作对比，说明不考虑动主应力旋转可能带来的差别。     

复杂应力条件下饱和松砂振动孔隙水压力增长的能量模式

利用新研制的土工静力–动力液压三轴–扭转多功能剪切仪,针对相对密度为30%的饱和福建标准砂,进行了均等固结条件下的不排水循环单向剪切以及轴向和扭转双向耦合循环剪切等多种复杂循环剪切试验,并在控制不同的初始固结参数的三向非均等固结状态下,进行了循环扭剪试验。分别研究了循环剪切应力路径、初始主应力方向、初始偏应力比、初始中主应力系数等因素对孔压与累积耗散能关系的影响。初步建立了复杂应力条件下饱和松砂的孔隙水压力增长的能量模式。     

交通荷载引起主应力轴旋转下软黏土特性试验

为探讨交通荷载引起的主应力轴旋转(即剪应力反转现象)对软黏土动力特性的影响,通过空心圆柱仪(HCA)试验系统,模拟交通荷载作用下土单元的真实应力路径,并对不同轴向偏应力、扭剪应力组合下,软黏土的累积孔隙水压力和累积应变特性进行了试验研究,分析了应力组合模式和幅值对软黏土动力学行为的影响规律。研究表明:施加扭剪应力(模拟主应力轴旋转)会增大软黏土的累积应变和累积孔压,且对孔压的增大影响比对应变更加显著;扭剪应力越大,这种增大效应显著加快,此时在研究交通荷载下软黏土长期变形时,需进行考虑主应力轴旋转的动力试验。     

孔压增长后的饱和砂土流体特性及其孔压相关性

设计并完成了可液化饱和南京细砂自由场地基振动台试验。利用不同埋深处量测的加速度反应时程,采用线性插值法通过换算得到模型地基土剪应力和剪应变。进一步基于流体力学方法,研究了饱和砂土在孔压增长过程中表观动力黏度的变化规律。试验结果表明,在正弦波荷载作用下,饱和砂土液化前的表观动力黏度随着剪应变和剪应变率的增大而减小,表现出典型的“剪切稀化”非牛顿流体特性;超孔压比在饱和砂土的表观动力黏度发展变化中起着显著作用,表观动力黏度随着超孔压比的增大而减小,并且利用幂函数可以很好的拟合表观动力黏度与超孔压比的关系曲线。此外,表观动力黏度与孔压比的关系似乎不依赖有效上覆压力,该结论有待进一步验证。     

基于强度条件的黄土结构性动力试验研究

土体结构是其强度、变形的内在的决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,由此,提出基于强度条件的黄土动力结构性参数即联结结构动力强度势参数mγd1、摩擦结构动力强度势参数mγd2以及结构动力强度势参数mγd,并通过黄土的动扭剪试验研究黄土结构性及基于强度条件的黄土动力结构性参数的变化规律,揭示含水率、固结压力、动剪应变对黄土结构性的影响,并对所提出的基于强度条件的黄土动力结构性参数的合理性进行讨论。     

双向耦合剪切条件下饱和砂土动强度特性试验研究

针对饱和粉细砂,利用双向耦合多功能剪切仪进行了均等固结条件下的循环耦合剪切试验。应用已有的动强度定义,着重研究了双向动荷载的相位差β,双向动荷载的幅值比值λ对砂土动强度及孔压特性的影响。实验结果表明,砂土液化动强度与相位差β及幅值之比λ密切相关,现有的动强度定义在复杂加载情况下具有一定局限性;双向动荷载相位差β以及幅值比值λ对孔隙水压力增长速度影响显著,但对归一化孔隙水压力发展模式没有显著的影响。     

前期动载对低塑性粉土静态和动态强度的影响

 低塑性粉土广泛存在于世界范围内,在地震中容易产生液化现象,然而一些基础设施破坏不仅见于地震中也发生在地震后,这就决定了研究低塑性粉土震后行为的必要性。以美国中部密西西比河沿岸低塑性粉土为试验材料,研究动载对低塑性粉土静态和动态强度的影响。在动三轴仪上对试样施加动载引起超孔隙水压力,排水重固结后,分别对2组震动后试样进行静态和动态三轴强度试验。试验结果表明,当液化水平小于0.70时,前期动载对粉土的不排水剪切强度影响不大;相反地,只有当液化水平大于0.70,密西西比河沿岸粉土的震后重固结体积应变和不排水剪切强度才伴随着液化水平的提高显著增加,但相对于砂土而言,重固结体积应变在较低的液化水平时即有明显增加。与前期动载对不排水剪切强度的影响不同,当动载所引起的液化水平为0.35或轴向应变为0.2%时,抗液化强度达到最大值,若液化水平大于0.35,抗液化强度伴随液化水平提高而降低。如果前期荷载引起较大的压应变,在重固结后第二次动载循环中,轴向压力相比轴向拉力引起较小的超孔隙水压力。     

初始主应力方向对饱和粉土不排水剪切特性的影响

利用“土工静力–动力液压–三轴扭转多功能剪切仪”,针对山东东营原状饱和粉土和采用 3 种初始成样含水率夯击法制备的重塑饱和粉土,在初始平均主应力为 100 kPa ,初始中主应力系数为 0.5 ,初始偏应力比为 0.433 ,初始主应力方向角分别为 0 °, 30 °, 45 °, 60 °, 90 °的非均等固结条件下,保持平均主应力和中主应力系数恒定进行了应力控制式不排水静力扭剪实验。着重探讨了初始主应力方向和初始成样含水率对粉土应力–应变关系、孔隙水压力变化与有效应力路径等的影响。实验结果表明：初始主应力方向对原状粉土和重塑粉土的变形与强度特性的影响程度有所不同;初始成样含水率对饱和重塑粉土的变形及强度特性具有显著影响。