动弹模量阻尼比测试技术与归一化特性研究

动弹模量与阻尼比是土动力分析最基本的力学参数,一般通过较小应变范围的动三轴试验得到,测试技术的可靠性与试验参数求取的准确性是进行抗震安全性评估的关键。通过室内动三轴试验,比较了力与位移传感器内置与外置、不同相对位置等因素对滞回圈、动弹模量与阻尼比的影响,提出了针对存在残余变形的不闭合滞回圈的动弹模量与阻尼比的计算方法,比较了频率、围压、固结比等因素对试验成果的影响规律及特征,并在Janbu公式中引入固结比的幂函数影响因子,对不同围压、不同固结比下的动弹模量阻尼比进行了归一化特性研究。研究成果有利于提高国内科研机构在土动力参数测试方面的能力,对抗震工程与科研有积极的参考价值。     

含黏粒砂土动力特性试验研究

为研究含黏粒砂土的动力特性,使用GDS共振柱试验仪器,以青岛地区典型含黏粒砂土为原型,利用福建标准砂和马来西亚高岭土配置试样,进行饱和排水试验,分析动剪切模量、阻尼比随动应变的变化规律及其影响因素。实验结果表明:含黏粒砂土G-γ曲线、D-γ曲线形状与无黏粒砂土类似,动剪切模量随动应变的增加而减小,阻尼比随动应变的增加而增加。对比发现,相同干密度条件下,对应同一动应变,含黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越大;无黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越小。相同围压及干密度条件下,含黏粒砂土的动剪切模量要小于无黏粒砂土,阻尼比要大于无黏粒砂土。     

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。     

季冻区典型土类动剪切模量阻尼比计算方法

采用专门设计的低温共振柱仪进行试验研究,研究典型土类动剪切模量阻尼比随负温的变化规律及计算方法。提出温度影响系数的概念,并以较为符合实际的固结压力和冻结过程,完成了黏土、粉土与砂土在常温及不同负温下的动力试验,给出了这3种典型土类不同负温下初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比的计算公式。结果表明:无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数函数变化,均在0℃到-6.0℃快速变化之后趋于平缓,但变化程度和修正公式中的参数均与土类有关;随温度降低,3种土类初始剪切模量增长十分显著,完全冻结黏土、粉土和砂土分别为常温土初始模量的50倍、25倍和13倍;随温度降低,3种土类参考剪应变降低十分显著,但完全冻结后3种土的动剪切模量降低程度接近;随温度下降,3种土类最大阻尼比均显著减小,完全冻结后的黏土最大阻尼比降幅最大,砂土降幅最小,粉土居中。3种典型土类负温下动剪切模量阻尼比修正公式,其反映的现象和规律与国际上近期成果定性相符。     

海湾相有机质浸染砂的动力特性试验研究

海南省沿海地区分布着一种特殊的海湾相有机质浸染砂,为研究其动力特性,利用动三轴仪进行了不同围压和含水率下的动力变形特性及动强度特性试验研究。分析含水率、围压对其动应力-动应变关系、动弹性模量、阻尼比的影响。试验结果表明：在动应变不变的条件下,动应力随含水率的增多而减小,随围压的增大而增大;动弹性模量在含水率变化时,变化趋势较平缓;阻尼比随着动应变的增加而增大,随含水率的增大而减小。在围压改变时,阻尼比的变化不明显。为海南省海湾相有机质浸染砂地区构筑物的动力计算参数的选取提供参考依据。     

应变控制下舟山岱山海相软土动弹性模量及阻尼比试验研究

 为探究舟山岱山海域海底岩土地质层动力学特性,借助GDS动三轴系统对应变控制循环荷载作用下舟山原状海相软土动弹性模量和阻尼比变化规律进行研究。得到舟山岱山海相软土动应力、动应变、动孔压时程曲线以及应力–应变关系曲线,讨论各围压下动弹性模量和阻尼比随动应变幅值的变化趋势。结果表明：舟山岱山海相软土的应力–应变关系曲线为不完全封闭的滞回圈;循环加载过程中土样发生应变软化;同级加载下动弹性模量和阻尼比数据点围绕某恒值作小幅波动,故可采用代表该恒值的均值来表征该级加载下的动弹性模量和阻尼比,由此所得的各围压下动弹性模量–动应变幅值、阻尼比–动应变幅值关系曲线呈收敛趋势;由修正Hardin-Drnevich (H-D)模型建立的应变控制下舟山岱山海相软土动弹模及阻尼比归一化模型可揭示深海环境中海相土受围压影响的动力学机制。将共振柱试验结果与动三轴研究作比较,得到结论：两类试验成果可以互为补充,前者可揭示海相土的弹性特征,后者可反映海相土弹塑性阶段的动力学特性;舟山岱山海相软土在两类试验中均对围压敏感。     

砂质黏性紫色土渗透特性试验研究

土的渗透特性反映土体透水能力,是土壤水蚀模型的重要参数和评估水土流失效应的重要指标。利用多功能三轴仪对重庆地区典型砂质黏性紫色土进行模拟自然界下不同降雨强度和不同覆土深度处的渗透试验,分别研究了渗透压、围压及覆土压力等因素对土体渗透特性的影响规律。结果表明:试验范围内的不同渗透压下砂质黏性紫色土的渗透系数处于相同数量级;围压对土体的渗透系数有显著的影响,但随着围压逐渐增大,土体渗水能力的降低梯度逐渐减小;覆土压力增加,土体的渗透系数减少,相同状态下围压越小,覆土压力对土体渗透系数的影响效果越明显;随着覆土深度的增加,砂质黏性紫色土的渗透系数迅速降低。研究可为地基处理、滑坡机理分析及水土流失防治设计等提供参考。     

不排水条件下轴向加卸载时结构性土的力学特性探讨

 为研究结构性土在不排水条件下的力学特性,开展固结不排水条件下初始应力各向异性结构性土、各向同性结构性土及重塑土在25,50,100,200及400 kPa共5种围压下的三轴加卸载试验,并利用二元介质概念对试验现象进行了分析。结果表明：结构性土在固结应力较低时结构性保持较好,存在明显的结构屈服强度,不同应力循环中平均模量无明显变化;固结应力较高时结构性减弱,表现为与重塑土相似的特性,受结构性减弱及正孔压等因素影响,平均模量随εa增加而减小;结构性土胶结元破损率与摩擦元中土颗粒间距随轴向应变增加而增大,卸载时体缩趋于明显。     

水泥土小应变动力特性试验研究

通过GDS共振柱,研究了不同围压、不同掺和比对水泥软黏土小应变动力特性(动剪切模量和阻尼比)的影响,得到了水泥软黏土小应变动力特性的变化规律。随着应变幅值的增加,动剪切模量逐渐衰减。最大动剪切模量随有效围压的增大而线性增大;在相同应变水平下,随着水泥土掺和比增大,有效围压对动剪切模量的影响逐渐减小。随着应变幅值的增加,阻尼比逐渐增大。相同应变水平下,试样的阻尼比随有效围压的增大而有轻微地减小。水泥掺和比对阻尼比的影响较小,随着水泥掺和比的提高,相同应变水平下试样的阻尼比有略微地升高。与动剪切模量相比阻尼比对有效围压和掺和比的变化不敏感。     

Dynamic properties of cemented soils from Cyprus

The paper presents results from a laboratory investigation into the dynamic properties of natural cemented sandy and cohesive soils from Cyprus, as expressed by shear modulus and damping ratio. The influence of various soil parameters, such as strain level, confining stress, undrained shear strength, void ratio, plasticity index, cementation and organic matter content is discussed. The test results show that cementation increases the small-strain shear modulus, but does not affect the other dynamic properties, such as small-strain damping ratio and the variations of shear modulus and damping ratio with shear strain.     

冻土二元介质模型探讨——以-6℃冻结粉土为例

二元介质模型已成功用于模拟未冻结岩土材料,比如岩石、均质或各向异性结构性土、超固结黏土、堆石料以及黄土。类似地,为了探讨冻土的应力应变关系,此处引入二元介质模型来模拟其应力应变关系。基于岩土破损力学理论框架和二元介质模型概念,将饱和冻结粉土抽象成具有强胶结特性的胶结元（冻土骨架）和无胶结特性的摩擦元（融土骨架）,胶结元在一定围压下会产生压碎和压融现象,随围压的增大逐步破损并向摩擦元转化,二者共同承担外荷载。在-6℃和0.3~15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验,结果表明：随变形的增大,应力应变曲线均呈三阶段变化,分别是线弹性阶段、弹塑性阶段和应变软化阶段;强度随围压的增大呈先增大后减小的趋势,极限强度对应下的围压称为临界围压,且临界围压下的软化现象最不明显。通过细观角度运用二元介质模型概念探讨了冻土变形破损机理,在非均质材料均匀化理论基础上建立了冻土二元介质模型,讨论了破损率函数演化规律。理论与试验结果对比表明,所建立的模型可以较好地模拟冻土的应变硬化和软化现象。     

考虑温度影响的饱和软黏土累积变形特性研究

通过开展饱和软黏土温控动三轴试验,研究了不同温度作用下土的不排水累积变形、孔压、阻尼比及动弹性模量变化规律,建立了考虑温度、初始静偏应力、围压、超固结比等影响的应变模型,并获得了模型参数与温度的关系。结果表明:温度对土的累积塑性变形、孔压、阻尼比及动弹性模量有较大影响,土体的累积塑性应变、孔压、阻尼比均随着温度升高而减小,动弹性模量则随着温度升高而增大,土体表现出热硬化特征;在不同温度作用下,考虑温度影响的应变模型计算结果与试验结果较为吻合,验证了模型的合理性,可用于预测同一试验工况下任意温度时土的累积塑性应变结果。     

Dynamische Steifigkeit und Dämpfung von Sand bei kleinen Dehnungen

Dynamic stiffness and damping of non‐cohesive soils at small strains. The dynamic stiffness and material damping of sand at small strains (10^–7 ≤ γ^ampl ≤ 10^–3) were studied in resonant column tests and triaxial tests with measurements of P‐ and S‐wave velocities. The influence of the parameters stress, void ratio, strain amplitude (threshold shear strain), time (aging), fabric of grain skeleton (cyclic preloading), temperature and grain size distribution was studied. The results are compared with published test data or with the recommendations of the working committee “Soil Dynamics” of the DGGT, respectively, whereby mostly a good coincidence was observed. It is shown, that the resonant column test and the measurement of the travel time of waves deliver similar results.     

砾石土心墙料水力劈裂试验研究

在改进的三轴仪上开展了两种不同级配砾石土心墙料的水力劈裂试验。根据试验结果得到了以下结论:砾石土心墙料的自身性质与围压是影响劈裂压力的关键性因素,水力劈裂破坏主要表现为击穿破坏;相同试验条件下,随围压、固结比和水压加荷速率的提高,水力劈裂试验的流量降低;对于砾石土心墙料,当粉粒与黏粒含量较高时,由于颗粒间的胶结力更强,相同围压、固结比和加载速率条件下试样的破坏劈裂应力要更高,但不同级配砾石土的劈裂压力随围压的增长幅度变化不大;固结比或轴向应力对砾石土心墙料的劈裂压力影响不大,在文中试验条件下,加荷速率对破坏劈裂压力影响也不大。     

Dynamic behavior of reinforced clayey sand under cyclic loading

Experimental investigations and modeling of linear elasticity of fiber-reinforced clayey sand under cyclic loading unloading are conducted in this paper. Experimental studies are focused on four aspects. First, a series of cyclic triaxial tests, with different confining pressures and deviator stress ratios up to 150 cycles, are performed. Impacts of fiber content, cell pressure, deviator stress ratio and loading unloading repetition that affect dynamic behavior of the composite material are discussed. It is shown that shear modulus decreases with increasing deviator stress ratio at high confining pressure and the rate of loss of shear modulus found to be much lower for fiber reinforced specimens. Other results show that increase of shear modulus with loading repetition is more pronounced at higher deviator stress ratios. Second, the optimum fiber content is experimented under cyclic loading unloading and is expressed as a power function of deviatoric stress ratio. It is shown that optimum fiber content is not constant and it is affected by deviator stress ratio. Third, a function is introduced to describe the linear stress–strain curve under cyclic loading unloading using equivalent linear analysis. The shear modulus G is expressed as a function of fiber content, confining pressure, deviatoric stress ratio and loading repetition. Finally constitutive coefficients of the model parameters are calibrated by the results of cyclic triaxial shear tests and using the linear regression.     

砂卵石土动力特性的动三轴试验研究

砂卵石土在自然界分布广泛,并具有抗剪强度高、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,因此在工程建设中得到广泛应用。为反映其在复杂应力状态下的动力变形强度特性,通过砂卵石土室内动三轴试验,对不同饱和度的砂卵石土的动力特性进行研究。主要分析围压、固结比和振动频率对砂卵石土动强度的影响。试验结果表明:(1)砂卵石土的动应力随固结比的增大而略有增加,随振动频率的增大而有较大增幅,而且其动强度随着围压的增大而显著增大;(2)在相同围压下,随动应力增加,破坏振次减小;(3)砂卵石土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压增大而增大;(4)其阻尼比随动应变的增大而增大,明显表现在微小动应变中。     

非饱和含黏砂土的弹塑性剪胀特性研究

通过引入能够较好反映非饱和土弹塑性变形特性的Barcelona模型并结合能够较好反映砂土剪胀特性的Lade模型,进行了3种不同应力路径的三轴试验,给出了能反映非饱和含黏砂土应力应变特性的非饱和弹塑性模型,并讨论了吸力和净围压对弹性应变、塑性应变、塑性功和屈服函数的影响。推导出了总体积变形的表达式,该式同试验结果变化规律符合较好,说明该理论适合于非饱和含黏砂土。同时,由试验数据可以得出含黏砂土的体变峰值点、剪胀特性同净围压和吸力的变化有密切的关系。     

泉州地区典型土动剪切模量及阻尼比的试验研究

通过对泉州地区淤泥、粉质黏土、粉质黏土与粉砂互层土、残积土等4类典型土的共振柱试验,详细探讨围压大小、土的性质对这4类典型土的动剪切模量G及阻尼比γ的影响。通过试验和理论分析,给出泉州地区这4类典型土在不同围压下G/Gmax和λ/λmax随γ变化的平均曲线及其参数的推荐值,并定量给出围压对这4类典型土G/Gmax和λ/...     

细粒土不均匀分布对粗粒土力学特性的影响

为了研究冻融循环条件下细粒土的不均匀分布特性对粗粒土力学特性的影响,对不同冻融循环次数、冻结温度、围压条件下的含有不同细粒土分布的粗粒土进行常规的静三轴剪切试验,研究冻融循环后具有不均匀细粒土分布的试样的最大剪胀位置、应力–应变关系曲线、起始屈服强度、起始屈服应变、静强度、破坏应变变化规律。研究结果表明,在相同的细颗粒与粗颗粒不均匀分布的条件下,试验后试样的最大剪胀位置随着试样上两层中细粒土含量的增加而沿着试样高度上升,随着冻融循环次数的增加,最大剪胀位置的上升速率是不断增加的。细颗粒与粗颗粒不均匀分布的程度越高,尤其是粗颗粒的富集程度越高,试样的脆性越高,试样的应变软化程度越明显。冻融循环次数的增加,降低了粗、细颗粒较均匀分布的3种试样的应力–应变软化程度的差异性,即冻融循环次数的增加可以使粗颗粒和细颗粒的组合结构趋于稳定。在相同的围压条件下,冻融循环次数的增加削弱了因细粒土不均匀分布而导致的起始屈服强度的差异性和静强度的差异性。试样中的粗颗粒和细颗粒分布越不均匀,试样的起始屈服强度和静强度越大。当围压为100 k Pa时,静强度与起始屈服强度的比值随冻融循环次数波动较大,当围压增加到300 k Pa时,比值随冻融循环次数的波动较为平缓。细粒土不均匀分布是起始屈服应变和破坏应变的最显著性影响因素,但是围压对破坏应变的影响程度明显大于围压对起始屈服应变的影响程度。细粒土不均匀分布对破坏应变影响的显著性明显小于它对起始屈服应变影响的显著性。     

围压对土动剪模量和阻尼比影响的简化计算方法

围压对土的初始动剪模量、阻尼比、动剪模量比和阻尼比随剪应变的变化关系（G/Gmax-λ 和h-λ等性质产生明显的影响.通过总结分析已有研究和经验模型,确认围压对初始动剪模量和阻尼比的影响.以M.B.Darendeli的研究为基础,得出了由常规围压状态下土动剪模量和阻尼比与剪应变的关系曲线来分析任意围压状态下其关系曲线的简化计算方法,在不考虑围压引起G/Gmax-λ 和h-λ 曲线形状变化的条件下,直接由剪应变值计算动剪模量和阻尼比.通过试验结果的统计回归分析,提出了砂土和黏性土的主要参数建议值.与已有经验模型和试验结果的分析对比表明,所获得的围压状态下的土性质曲线具有足够的工程精度.将该方法与等效线性化方法结合可方便地进行考虑围压影响的一维场地地震反应分析.上海地区典型深厚场地的地震反应分析表明,由基岩反应谱计算地表反应谱时,在大震作用下宜考虑围压对土性质的影响.