复杂循环荷载作用后长江口原状淤泥质软黏土静强度弱化特性研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,对取自于长江口原状淤泥质软黏土,在不固结不排水条件下,分别进行了动三轴、45°线耦合以及圆耦合等多种复杂循环剪切试验及循环荷载作用后静三轴试验。结果表明,随着循环次数的增加,3种不同模式循环荷载作用产生的应变、孔压增量以及循环荷载作用后土的静强度衰减程度差异均变得越来越明显。对应相同循环剪切次数,双向耦合循环剪切要大于单向循环剪切产生的应变与孔压增量,双向耦合循环剪切后静强度衰减更加明显;而对于双向耦合循环剪切,圆耦合循环剪切大于45°线耦合循环剪切产生的应变与孔压增量,并且圆耦合循环剪切后静强度衰减更加显著。由此表明,主应力轴连续旋转会使土体产生更大的变形与孔压增量,并且使静强度显著降低。分别定义了广义综合剪应变及综合孔压增量比,并建议了循环荷载作用后静强度与广义综合剪应变、综合孔压增量比的关系。     

复杂循环荷载作用后长江口原状淤泥质软黏土静强度弱化特性研究

利用土工静力–动力液压三轴–扭转多功能剪切仪, 针对取自于长江口的海洋原状淤泥质软黏土，在不固结不排水条件下，分别进行了动三轴、45°线耦合以及圆耦合等多种复杂循环剪切试验及循环荷载作用后静三轴试验。结果表明，随着循环次数的增加，三种不同模式循环荷载作用产生的应变、孔压增量以及循环荷载作用后土的静强度衰减程度差异均变得越来越明显。对应相同循环剪切次数，双向耦合循环剪切要大于单向循环剪切产生的应变与孔压增量，双向耦合循环剪切后静强度衰减更加明显；而对于双向耦合循环剪切，圆耦合循环剪切大于45°线耦合循环剪切产生的应变与孔压增量，并且圆耦合循环剪切后静强度衰减更加显著。由此表明，主应力轴连续旋转会使土体产生更大的变形与孔压增量，并且使静强度显著降低。分别定义了广义综合剪应变及综合孔压增量比，并建议了循环荷载作用后静强度与广义综合剪应变、综合孔压增量比的关系。     

循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。     

循环荷载后饱和海相软黏土不排水静力试验研究

通过静、动三轴试验,研究了波浪循环荷载作用对饱和海相软黏土不排水静力特性的影响.试验结果表明:循环荷载作用后,饱和海相软黏土不排水剪在q～p'平面上的应力路径与超固结土相似,循环应力幅值比越大,土体表现的超固结性越强.循环荷载的作用会导致不排水剪阶段孔压的降低,孔压系数表现出超固结土的性质,正常固结土、超固结土和由循环荷载作用导致的似超固结土在不排水剪破坏时的孔压系数均随着平均有效应力比值pi'/pc'的增大而增大.此外,循环荷载作用会导致软黏土不排水强度发生变化,当循环荷载后孔压比值upc/σ1c'小于0.175或循环荷载后弱化指数大于0.70时,不排水强度降低;当循环荷载后孔压比值upc/σ1c'介于0.175～0.256或弱化指数介于0.54～0.70时,循环荷载后不排水强度略有增大.     

饱和黄河岸滩粉土循环荷载后的变形强度特性

对黄河岸滩饱和粉土在固结不排水条件下进行了一系列单调加载、循环荷载后单调加载的三轴试验,研究了动应力幅值、围压及动孔压比对循环荷载后力学特性的影响,提出了可考虑围压及动孔压比影响的粉土循环荷载后单调加载应力应变关系的变形模式。试验结果表明:循环荷载作用完全液化时,动应力幅值变化对液化后力学特性的影响很小;循环荷载后单调加载的有效应力临界状态线与单调加载时相同,不受循环荷载作用历史的影响。与单调加载时相比,循环荷载后的不排水强度及初始切线模量皆产生衰化,衰化程度随动孔压比的增大而增大,初始切线模量的衰化程度更明显;不同围压下循环荷载后的不排水强度比、初始切线模量比及破坏比,皆与动孔压比之间有良好的归一化关系;粉土循环荷载后的应力应变关系可以用双曲线模型来描述,模型计算值与试验实测值基本吻合。     

细粒含量对饱和粉土动力特性影响试验研究

通过对4种细粒含量不同的重塑粉土试样的动三轴试验,探讨了细粒含量对粉土轴向应变、动剪切强度、孔压的影响。在振动频率为1 Hz、均等固结条件下三轴试验结果表明:轴向应变都是在达到某一循环周数Np时发生突变,并且迅速达到破坏应变;循环周数相同时,该粉土的动剪切强度随着细粒含量的增加而增大,并且相同的细粒含量时动剪切强度与循环周数基本呈线性关系;Seed孔压模型拟合孔隙水压力表明,细粒含量低的孔压拟合效果较好。     

双向动荷载下振动频率对黄土动力特性的影响

采用TYS-20型电脑控制电液伺服土动三轴试验机对Q3黄土试样进行了一系列的动三轴试验,探究了双向循环荷载作用下振动频率对黄土动力特性的影响。动强度试验结果表明:当振动频率在0.2~3 Hz范围内变化时,黄土的动强度随振动频率f的增大而增大;对动强度与振动频率的关系在双对数坐标系上进行拟合发现:相同破坏振次下,两者近乎呈直线关系;在破坏振次分别为10,20,30次条件下,频率0.2,1 Hz相比3 Hz得到的动强度相对降低值最大可达到61.9%,最小为11.9%,且围压越小,降低程度越明显。动模量试验结果表明:动剪切模量随动剪切应变的增大而先增大后减小,在衰减过程中,频率越大衰减越缓慢,同一动剪切应变对应的动剪切模量也越大;在相位差为0°条件下,振动频率越小动剪切应变发展越快,侧向循环应力幅值的增大减慢了土体动剪应变的发展速度,在一定范围内侧向循环应力幅值越大越有利于土体稳定。     

长期循环荷载作用下粉质黏土动力特性及相关模型修正

循环荷载长期作用特征直接影响着粉质黏土的动力变形特性及土体结构的稳定性。运用SDT-10型动三轴仪对饱和粉质黏土进行高达20 000次的循环振动,分别控制固结围压、动应力比和振动频率,研究不同荷载条件下粉质黏土的塑性应变、残余孔压特性。研究结果表明:3项荷载条件都对土体的累计塑性变形和残余孔压有至关重要的影响。累计塑性应变在动力荷载持续作用下不断累积,曲线呈现出S型和J型,运用改进的种群增长模型以及改进的指数模型分别能很好拟合累计塑性应变随振动次数的发展规律,随围压、动应力比的增长呈正相关变化,随频率的增加呈反比下降。残余孔压比在正弦波的振动下不断增大,运用改进Seed孔压模型能在一定程度上模拟残余孔压变化规律,随动应力比、频率的增加而增大,随围压的增加而减小。研究成果深化了动力条件下黏土变形特性的认识,为循环荷载长期作用下土体的强度衰减和变形预测提供借鉴和参考。     

粉质土重复振动液化与效果研究

在黄河口潮坪选择典型研究区进行振动试验，通过实时孔压监测、静力触探测试、十字板剪切测试及原状样土工测试对比，研究黄河口粉质土重复液化发生过程和液化后土体物理力学指标的变化特点，找出了液化过程中，硬壳层发育处土体的孔压和强度变化规律。研究发现：液化主要发生在硬壳层，表现为孔压迅速升高，土体强度降低；硬壳层上、下的土体，在循环荷载作用下强度均有所提高，上层土体强度提高相对显著，且表面发育一系列微型“泥火山”；循环荷载导致的孔压上升呈突变特征，循环荷载停止后孔压的消散呈渐变趋势；随着荷载循环次数增加，液化发生层深度向下扩展；粉质土灵敏度随循环荷载作用发生改变。循环荷载反复作用后土体多种指标变化特性沿深度具有显著差异性。     

交通荷载路径下超固结软黏土变形特性研究

长期交通荷载作用下软基道路往往产生过大沉降,超载预压地基处理是目前控制沉降的有效方法。经超载预压处理后,路基软土表现出明显的超固结特性。利用GDS空心圆柱扭剪系统模拟交通荷载应力路径,对不同超固结比软黏土进行不排水循环加载试验,研究超固结比对软黏土应变发展规律、应力-应变滞回曲线发展规律、回弹模量发展规律的影响。试验结果表明:超固结作用可以限制循环荷载作用下软黏土累积应变的发展;当荷载一定时,土体的超固结比越大,循环荷载作用下的累积应变值就越小,孔压和累积应变达到稳定所需要的循环次数就越少;当荷载一定时,超固结比越大,应力-应变滞回曲线随循环次数的变化越不明显;土体的回弹模量越大,弹性特征越明显。     

循环孔隙水压力作用对混凝土动态抗压特性的影响

为研究混凝土在经历循环孔隙水压力后的力学性能,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪,进行了常规三轴混凝土动静力加载试验,采用Weibull-Lognormal模型和规范推荐的模型对应力-应变全曲线进行拟合对比分析。试验结果表明:经历循环孔隙水压作用后,在准静态和低应变速率下,混凝土强度明显减少,在高应变速率下,混凝土强度增加;较高加载速率对混凝土峰值应变影响较小,随着加载速率的增加,混凝土的峰值应变有增大的趋势;与未经历循环孔隙水压力相比,经历循环孔隙水压力的混凝土弹性模量有所提高,且弹性模量随着循环孔隙水压力的增加总体呈现增大趋势;采用的Weibull-Lognormal模型和规范推荐的模型对混凝土应力-应变全曲线拟合效果较好,在下降段,Weibull-Lognormal模型拟合效果比规范推荐的模型好     

循环荷载下红层泥岩土累积变形特性

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究其在循环荷载下的累积变形特性。在动荷载不超过临界动应力条件下,红层泥岩土累积应变随循环次数的变化有一定规律性：应变在初期是快速增长,随着循环次数的增加,应变增幅减缓,最终达到稳定,且变形主要发生在前1 000次的循环阶段。基于动三轴试验结果,并考虑土的类型、应力状态、物理性质和循环次数等主要影响因素,提出了一个计算红层泥岩土累积变形的模型。该模型不仅能反映动、静偏应力和静强度的影响,还考虑了围压对累积应变的影响,能较好地反映累积应变的发展规律,而且模型参数具有明确的物理意义。通过达成线红层泥岩路基现场激振试验,验证了该模型的有效性和实用性。     

应变率效应对混凝土动弯拉强度的影响

本文基于混凝土材料的应变率效应及有关试验资料，给出了混凝土材料强度和弹性模量强化曲线，根据该关系曲线并考虑初始静预载的情况，建立了混凝土梁动弯加载过程的有限元数值模型。利用该数值模型模拟了不同加载速率和具有不同初始预静载时梁在冲击荷载作用下动弯拉破坏过程，分析了混凝土强度和弹性模量的应变率敏感性对不同初始预静载水平下的混凝土梁动弯拉强度的影响，初步揭示出动载强度随着应变率变化的规律。研究表明，在复杂加载情况下，动强度与应变历史、应变率历史以及材料的损伤积累有关。     

尾矿砂的动力变形及动强度特性研究

通过对某钼矿尾矿砂在不同固结应力状态下进行的动三轴试验,研究了该尾矿砂的动力变形和动强度特性。试验结果表明：该尾矿砂的动应力应变关系可用Hardin等效黏弹性模型描述,模型中的起始动剪切模量和最大动剪应力皆随固结应力比和有效固结围压的增大而增大,这两个参数与有效固结轴压成幂函数关系,且其受固结应力的影响较小。同时,该尾矿砂的阻尼比随动剪应变的增大而增大,有效固结围压和固结应力比的变化对阻尼比与动剪应变关系的影响较小;在不同固结应力条件下,阻尼比与最大阻尼比之比与动剪切弹性模量比的减小量之间在双对数坐标系中呈较好的线性关系。在振动条件下,该尾矿砂达到破坏时对应的动剪应力随有效固结围压和固结应力比的增大而增大,其动剪应力比受固结围压的影响较小,并随固结应力比的增大而减小。     

南海饱和软土单剪强度试验研究

采用应力控制的单剪试验对中国南海海域原状饱和软黏土的力学响应进行了研究,考察了不同应力水平下软黏土的应力应变响应和强度特征。结果表明:无初始剪应力时,当应变小于5%时,循环应变增长缓慢且稳定,超过5%以后,循环应变迅速增长并达到破坏标准,因此可将循环应变达到5%作为破坏标准,同时,动应力比存在阈值,当动应力比小于0.52时,认为土体不会发生破坏;有初始剪应力时,应变向有初始应变一侧累积,且无论是增加静应力比还是动应力比,都会引起应变累积加快,破坏振次减小,相对而言,动应力比对累积应变和破坏振次的影响更明显。最后给出了破坏振次为1 000次的强度包线,提供了安全的静、动应力比组合方式。     

动荷载下深圳前海软土变形及微结构特征研究

为探讨轨道交通动荷载作用下软土变形特征,对深圳前海地区软土进行动三轴试验,并对土样进行电镜扫描,借助多种结构参数从微观角度解释动三轴试验中土样的变形机理。结果表明：围压为100~150 kPa、频率为0.5~1.0 Hz时,临界动应力比为0.2~0.3,但围压为100 kPa、振动频率为0.5 Hz时,临界动应力比为0.15~0.20。低于临界循环应力比的情况下,轴向应变的发展速率随动应力比增加而呈指数增加,围压越小、振动频率越小,轴向应变发展速率越大。通过对微观结构参数进行分析,发现围压的增加使得颗粒更加紧凑,颗粒更多地是被压密;动应力比和频率的增加则会使得土体颗粒更易发生破碎,孔隙更容易被较小的颗粒充填。     

波浪作用下饱和砂土孔压发展规律试验研究

利用空心圆柱扭剪仪和动单剪试验仪分别对饱和砂土进行了循环耦合剪切和动单剪试验,研究比较两种不同方法下,饱和砂土内部孔隙水压力发展规律及其差异。结果表明,两种孔压发展规律具有显著差异,且分别可以采用传统孔压增长模型和幂函数关系加以描述;空心扭剪试验中,双向动荷载的幅值比值λ对孔压增长具有显著影响,但对归一化孔隙水压力发展模式没有显著的影响;动单剪试验中,存在循环振次临界转换值,该值决定了孔压增加随动剪应力的变化趋势。