循环荷载下平面变形超固结软土蠕变特征试验研究

采用原状试样试验研究平面变形超固结软土在循环荷载下的变形特征。研究表明,静力荷载试验应力状态平面变形条件下,正常固结和超固结软黏土以固结变形为主要特征。循环荷载试验应力状态平面变形条件下,正常固结和超固结软黏土以剪切变形为主要特征,超固结软土侧向变形小于正常固结软土。饱和软黏土试样在循环荷载作用初期孔隙水压力不显示波动特征,总体趋势为累计增大到峰值后连续下降,与静荷载作用下的孔压变化特征类似。循环荷载长时间作用后,孔隙压力呈现波动特征,波动峰值随时间逐渐减小,衰减过程与应力状态和应力历史有关。     

孔隙水压力作用下热处理北山花岗岩变形特性试验研究

为研究热-水-力耦合作用对岩石变形特性的影响,利用岩石THM耦合试验系统,对高温热处理后的岩石试样开展高孔隙水压力作用下三轴压缩试验,研究了热处理北山花岗岩在水-力耦合作用下的应力-应变曲线、力学特性、破坏特征以及损伤演化过程。研究结果表明,不同孔隙水压力作用下的s_1-e_1曲线在微裂隙压密和线弹性变形阶段基本重合,轴压增大到裂纹扩展阶段s_1-e_1曲线开始明显偏离,孔隙水压力越大,s_1-e_1曲线向1e轴偏离得越快,试样的峰值强度越低,峰值轴向应变越小,剪切破坏面倾角越陡,损伤演化的速度越快。研究成果表明:孔隙水压力对岩石损伤破坏的影响主要表现在加速岩石从裂纹不稳定扩展到宏观失稳的过程。     

辽西花岗岩水–岩耦合力学特性试验研究

为了研究水–岩耦合作用对辽西花岗岩力学性质的影响,采用MTS–815岩石力学试验系统,通过对花岗岩试样施加不同的围压和孔隙水压力,对其变形破坏过程进行试验研究,分析水–岩耦合作用下辽西花岗岩的有效峰值强度、扩容现象、残余强度、峰后强度及其参数的演化规律。研究结果表明,有效峰值强度折减系数随孔隙水压力增大近似呈线性增长,但变化斜率随着围压增大而逐渐减小。在围压较小时孔隙水压对有效强度折减系数有明显的影响,在围压较大而孔隙水压较小时,施加应力压缩孔隙喉道抑制了孔隙水压对试样的作用。扩容起点是致密岩体水岩耦合作用增强的特征点,围压使得试样的扩容起点发生滞后,而孔隙水压力使得扩容起点提前发生,扩容现象与水岩耦合作用相互促进。水–岩耦合作用下试样的残余强度为对应状态峰值强度的21%~35%,Hoek-Brown常数随着围压的增大呈非线性增长,其值为3.5~5.0。峰后段试样的似内摩擦角变化不大,似黏聚力随着应变软化参数的增加有逐渐减小的趋势,而相同应变软化参数对应的似黏聚力则随着孔隙水压力的增大而减小,且似黏聚力、孔隙水压和应变软化参数间的关系可用3次样条曲面进行描述。     

干湿循环作用下浸矿后离子型稀土力学特性试验研究

原地浸矿法是现有离子型稀土矿山唯一的高效绿色开采方法,浸矿后离子型稀土在干湿循环作用下的力学特性影响着浸矿后边坡的稳定性。为研究浸矿后离子型稀土在干湿循环作用下的力学特性,选取赣南地区浸矿后的稀土样,利用固结不排水三轴试验,并结合核磁共振技术,测试了不同干湿循环次数下试样的强度特性和孔隙变化,得到干湿循环前、后试样的应力-应变曲线、孔隙水压力发展曲线和横向弛豫时间T2分布。结果表明:干湿循环作用下,试样初始刚度有所增大,试样强度降低,围压大小和干湿循环次数共同决定了孔隙水压力的发展。黏聚力c和内摩擦角φ随干湿循环次数增加而减小,第一次干湿循环后的降幅最大,内摩擦角的弱化幅度小于黏聚力。从横向弛豫T2谱发现,干湿循环过程会使土体产生微裂隙;并且随着干湿循环次数增加,裂隙累积扩展。     

内外边界施加温度荷载的中空圆柱试样热固结试验

研制了一个轴对称的适用于中空圆柱试样的热固结试验装置。该装置可独立施加和控制试样内、外的温度荷载,并保持试样径向温度梯度的存在,且可施加径向固结压力,适用于特定的温度和应力耦合作用路径的试验。进行了一种饱和黏性土的热固结试验,即在试样内边界和外边界交替逐级施加范围为25℃~75℃的温度荷载,包括径向压力为50,100,150,200 k Pa的4种情形,分析了孔隙水压力及热固结体应变随时间的演化过程。研究表明,加热等级和加热次序不同,在同样的最终温度荷载下孔隙水压力稳定后的最大值有较大差异而体应变也不同,实际上反映了温度荷载作用路径对试样热固结效应的显著影响。     

循环孔隙水压力作用下砂岩变形特性实验研究

利用MTS815岩石力学试验系统完成了砂岩在循环孔隙水压力作用下的变形特性实验,分析了孔隙水压力下限Pm in、孔隙水压力恒定时间△T以及孔隙水压力循环次数n对砂岩变形特性的影响。实验结果表明:随着孔隙水压力的周期作用,砂岩的轴向应变也呈周期性变化,且随着循环次数的增加,周期性变化规律越明显并逐渐趋于稳定;当轴压、围压以及孔隙水压力均恒定不变时,其轴向应变还将继续变化,且恒定时间越长应变量越大。     

尾矿料的动强度特性试验研究

通过对某尾矿坝料进行固结不排水动力三轴试验。对两种尾矿料在不同围压和固结比应力条件下之动强度、孔隙水压力及轴向应变的变化进行了研究。试验结果表明,在循环振动荷载下,对同一固结比,动剪应力随围压的增大而增大,同一围压下,动剪应力随固结比的增大而增大。孔隙水压力的增长主要发生在振动前期,固结比对孔隙水压力的增长影响明显,同时试验结果可用双曲线较好地进行拟合。在低固结比条件下,轴向应变1%附近存在应变突增点。试验研究成果为该坝的动力稳定性分析提供了参数,也为后续尾矿料的动力特性研究提供参考。     

非饱和原状黄土湿陷变形及孔隙压力特性

 通过用改装的应力2应变控制式三轴仪, 对等应力比条件下的非饱和原状黄土进行了“分级浸水”, 同时测试了试样在初始、加压固结和浸水湿陷几个状态下孔隙气压力和孔隙水压力的变化过程。初步分析了非饱和原状黄土湿陷变形特性以及湿陷过程中的孔隙水压力、孔隙气压力以及基质吸力的演化规律。     

描述饱和土热固结过程的一个非线性模型及数值分析

基于多孔介质热–水–力耦合过程理论模型,给出饱和土的热固结控制方程及状态方程。考虑温度和孔隙水压力对排水模量的影响,建立了弹性模量的非线性表达式。且与已有热固结试验结果进行了对比,计算结果与试验结论基本相符。分析表明:饱和土试样中孔隙水渗透率的变化,对水压力消散及体应变的演化过程有非常明显的影响;等温排水固结过程中固体基质被压缩且体应变的变化较大,而升温不排水过程中固体基质有发生膨胀的趋势;重力影响下,饱和土试样上部体应变较下部体应变大;温度荷载加载等级的增加,使得饱和土试样中不断产生较大的孔隙水压力,且随孔隙水的排出整体平均体应变逐渐增大。     

高孔隙水压力对岩石蠕变特性的影响

设计3种加载方式,其中一种施加高孔隙水压力,分别进行分级加载蠕变试验,用于研究分析高孔隙水压对岩石蠕变特性的影响。首先,利用大理石加工的标准圆柱试件,按3种加载方式分别进行蠕变试验,得到轴向、横向的蠕变变形过程曲线,以及岩石破坏时的破坏形态;然后,对3种加载方式下的岩石轴向应变、横向应变、剪应变、体积应变以及破坏形态等进行比较分析;最后,在比较分析的基础上,总结高孔隙水压力对于岩石蠕变及破坏的影响。研究表明:孔隙水压力作用明显,但不是完全作用,即孔隙水压力作用系数接近于1;在高孔隙水压力作用下,岩石的强度大大降低,承载时间大大缩短,破坏时的应变也降低;虽然3种加载情况都是以剪切破坏为主,但在有高孔隙水压力作用下,岩石的破坏更具有突然性;可能不存在一个统一的等效应变阈值,使在不同的加载情况下,应变超过该阈值后即产生加速蠕变破坏;在加速破坏前,除瞬时加载产生的体积应变外,在蠕变过程中,岩石体积应变几乎不变。该成果对于进一步研究考虑孔隙水压力影响的非线性蠕变模型具有指导意义,也可对高孔隙水压力作用下的岩石结构工程处理措施提供指导。     

Shaking table test on underwater slope failure induced by liquefaction

Sand liquefaction is a process in which the excess pore water pressure of saturated sand soils increases and the effective stress of saturated sand decreases under the action of vibration, resulting in the transition of sand soils from the solid state to the liquid state. In this paper, an underwater sand slope model containing the upper sand slope and the bottom non-liquefied clay layer was designed. The whole process of large deformation of flow liquefaction from the solid state to the liquid state was reproduced by the shaking table test and recorded by the high-definition particle image velocimetry (PIV) equipment. Four main influencing factors: the acceleration amplitude of the shaking table, the frequency of the shaking table, the relative density of the sand slope, and the slope ratio of height and width of the sand slope, were considered. During the test, the dynamic response characteristics of acceleration and excess pore water pressure (EPWP) within the underwater sand slope model were monitored and analyzed in the whole deformation process to reveal the mechanism of the sand liquefaction process and the law of development and provide data support for subsequent research.     

循环荷载下饱和砂土固–液相变特征

基于南京饱和细砂动三轴试验发现,循环荷载下饱和砂土应力–应变率曲线形状随孔压累积由“椭圆形”渐变为“哑铃形”。“哑铃形”关系曲线的出现表明饱和砂土具有低抗剪性和流动性。定义了反映循环荷载下饱和砂土流动性的平均流动系数以及反映流动性随振次变化的流动曲线,发现流动曲线具有明显的三阶段特征。给出了相对密度、有效固结压力和循环应力比对流动曲线的影响规律。提出以平均流动系数急速增长初始点作为饱和砂土由固态向液态转变的临界点,据此定义平均流动系数急速增长初始点对应的孔压比为相变孔压比。试验发现,各工况的平均流动系数与孔压比关系曲线基本一致,相对密度、有效固结压力和循环应力比对相变孔压比几乎无影响,各工况相变孔压比均在0.8左右。     

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。     

基于流动性的饱和砂砾土液化机理

砂砾土的地震液化至今仍存较大的争议,相应的液化机理解释主要沿用传统的砂土液化分析思路和方法。利用动态圆柱扭剪仪开展了100 mm直径、3组典型级配（含砾量分别为37%,45%和60%）的饱和砂砾土试样循环动三轴实验。基于实验得到的应力-应变率关系曲线,定义了反应饱和砂砾土流动性的平均流动系数和流动性水平。实验发现,初始动应力比对不同含砾量下的平均流动系数-孔压比关系曲线无影响;相对密度越大、含砾量越大,饱和砂砾土的流动性水平越低;有效固结压力对饱和砂砾土平均流动系数-孔压比关系曲线的影响与含砾量相关。推测饱和砂砾土在循环荷载下的流动性由其粗粒接触状态和数量决定;粗粒间的接触在高孔压状态下不能顺利解除是饱和砂砾土与饱和细粒土抗液化性能的本质区别。提出的基于流动性的饱和砂砾土液化机理较好地解释了以上现象。     

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。     

Undrained Shear Characteristics of Saturated Sand Under Anisotropic Consolidation

A series of undrained triaxial compression tests was performed on Toyoura sand in order to investigate the behavior of sand under large deformation. The present study focuses on the effects of anisotropic consolidation on the undrained behavior of sand. A wide range of initial states of sand is covered and taken into account with the behavior of sand varying from contractive to dilative. Different states of consolidation stress were shown to affect the stress-strain behavior of sand and the development of excess pore water pressure up to an axial strain of 5%. Beyond a strain in excess of 10%, the behavior of sand was shown to become independent of the stress state at consolidation. Consequently, the relation between void ratio and confining stress at steady state and quasi-steady state are independent of the extent of anisotropic consolidation. Moreover, the initial dividing curve between dilative and contractive behaviors in an e ~ p' diagram was shown to move down as the sand is more anisotropically consolidated.     

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。     

初始剪应力对外海回填土壤动态特性之影响

采用云林离岛工业区外海料源区土壤为试验用砂,考虑现有回填地之土壤条件,采用湿捣法制试样,探讨不同相对密度、有效围压应力及固结应力比等因素,进行一系列共振柱试验,以评估回填土於初始剪应力作用下之土动态特性。由试验结果分析得知,回填土壤之剪切模量有随固结应力比与有效围压应力之增加而增加之趋势,而最大剪切模量( Gmax) 亦随固结应力比与有效围压应力之增加而增加,同时不受初始相对密度不同之影响。另回填土壤因固结应力比所引致之最大剪切模量增量远大于孔隙变化所引致之增量。但固结应力比与有效围压应力对阻尼比之影响则较不明显。同时本研究在Hardin 与Richart(1963) 所建议之评估方式基础上进行修正,对云林外海土壤建立非等向压密条件下,最大剪切模量与不同剪应变所对应之剪切模式经验公式,可提供回填造地设计、施工及抗震分析之参考     

剪胀性砂土地震后流滑的机理和模拟

不均匀地层中超静孔压的扩散、重分布过程会导致孔隙水集中渗流累积至局部区域,导致该区域土体强制吸水,从而引发剪胀性砂土边坡地震后侧向流动变形甚至失稳。通过分析边坡流动变形过程中砂土的应力路径特征及强制吸水条件下的体变平衡条件,指出预测剪胀性砂土边坡流动变形的关键是描述砂土保持常剪应力和当前峰值应力比时的剪胀特性和震后再固结体变特性。通过常偏应力下的三轴剪切吸水试验,观察了砂土在流动变形过程中的吸水量与剪应变发展的关系,给出了基于强制吸水体变预测流动剪应变的状态剪胀模型。基于剪切后再固结试验,得出了再固结体变的变化规律和数学描述。基于所提出的机制和数学描述,给出了基于有限差分法的边坡流动变形发展过程直至失稳破坏的模拟方法。     

液化及液化后砂土的流动特性分析

将液化后土体视为流体是一种较新的地震液化研究思路。根据液化后砂土变形试验结果,从流体力学的观点,分析了液化及液化后砂土的流动特性,包括应力-应变率关系和表观粘度的变化,试验中考虑了相对密度、固结压力和液化度三个参数的影响。分析表明,在一定条件下液化砂土的表观粘度随应变率的增大而减小,是一种“剪切稀化非牛顿流体”,且在“剪切稀化”状态下可发生较大的应变。随着液化后孔压的降低,砂土的表观粘度随应变的增大而增大,随孔压比的减小而增大。