循环荷载下饱和软黏土的累积变形显式模型

显式模型是计算交通等长期动荷载引起地基沉降的实用方法。在考虑影响饱和软黏土循环荷载下轴向循环塑性累积应变的应力历史、动偏应力水平及第一次轴向循环塑性累积应变与围压归一化基础上提出了计算饱和软黏土轴向循环塑性累积应变显式模型。模型同时反映了等向、偏压固结不排水循环加载轴向循环塑性累积应变发展规律,并很好地反映了围压的影响,其主要参数有明确的物理意义且易于确定。通过上海地区第④层饱和软黏土一系列静力三轴、循环加载试验验证了模型的合理性,得到了模型相关参数。     

单向循环荷载作用下饱和软黏土的性状研究

模拟交通荷载的作用,对珠江三角洲地区的高液限饱和软黏土和低液限饱和软黏土分别进行单向加载的循环三轴试验,研究饱和软黏土在压缩循环荷载下的轴向累积应变和累积孔压的发展情况,并充分考虑轴向循环压力大小、围压与塑性指数等因素对饱和软黏土性状的影响。试验结果表明:(1)单向循环荷载作用下,饱和黏土存在着临界循环应力,对于同一种土、不同围压下的临界循环应力,可引入临界循环应力比,用饱和黏土在各个围压下的不排水强度对临界循环应力进行归一化处理。(2)临界循环应力比的大小与饱和黏土的塑性指数有关,塑性指数越大,临界循环应力比越小。(3)循环应力大于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是破坏型的。(4)循环应力小于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是衰减型的,在相同的加载条件下,塑性指数大的试样累积变形和累积孔压均比塑性指数小的累积变形和累积孔压发展得快。(5)在单向循环荷载作用下,饱和黏土破坏时,孔压均没有达到围压值,只有围压的60%～70%。该研究成果可为交通荷载作用下软土地基沉降分析提供有益的参考。     

单向循环荷载下超固结软黏土的永久变形特性

为研究超固结饱和软黏土在单向循环荷载作用下的永久变形特性,采用GDS动三轴,对不同超固结度的温州饱和软黏土试样进行了一系列单向循环加载试验,分析了循环动应力水平以及超固结比对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在单向循环加载作用下,超固结饱和黏土存在循环动应力阈值,通过几何作图法综合确定温州饱和软黏土的循环动应力阈值为0.59~0.68,可作为软土路基沉降控制的标准。基于试验结果并结合指数模型,构建了可以综合考虑循环动应力水平、超固结比以及循环次数的饱和软黏土永久轴向应变显式计算模型,适合饱和软黏土地基在交通循环荷载下的累积变形分析。     

部分排水条件下软黏土的循环三轴变形特性

为研究软黏土路基在长期交通荷载下的变形特性,针对温州地区的路基软黏土开展了一系列部分排水循环动三轴加载试验,研究部分排水条件下正常固结软黏土的孔压及变形随循环加载次数的发展规律,重点分析循环动应力比对软黏土回弹模量以及轴向累积塑性应变的影响。以5%的轴向累积塑性应变作为温州软黏土在部分排水条件下的破坏标准,确定了其临界循环动应力比为0. 275。通过进一步考虑循环动应力比的影响,采用对数型经验模型对轴向累积塑性应变进行预测并建立了拟合参数与循环动应力比之间的关系。     

基于修正Iwan模型的软黏土动应力–应变关系研究

在循环荷载作用下,饱和软黏土由于孔压上升和结构重塑会发生应变软化;同时会产生累积塑性应变。而且,当存在初始偏应力时,累积塑性应变的发展速率加快,并随着循环次数的增加,滞回圈明显向右滑移。正基于此,本文通过对杭州正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,首先建立考虑不同动应力、初始偏应力下正常固结软黏土的软化指数经验模型;然后将软化模型引入Iwan串联模型中考虑循环软化的影响;同时再串联一理想刚塑性元件,模拟循环过程中产生的累积塑性应变;最后结合Masing准则对软黏土的动应力–应变关系进行了描述。通过对试验值进行模拟以及与其他模型的对比分析,初步证明了模型的合理性和有效性。     

循环偏应力和循环围压耦合效应对饱和软黏土变形特性的影响

利用GDS变围压动三轴系统对温州地区典型饱和软黏土进行了一系列循环偏应力和循环围压耦合应力路径下的部分排水循环加载试验,重点分析了部分排水条件下循环偏应力和循环围压耦合效应对正常固结饱和软黏土变形特性的影响。试验结果表明:部分排水条件下,与围压保持恒定,偏应力单独循环剪切相比,循环偏应力和循环围压耦合剪切作用有效地促进了饱和软黏土的累积塑性应变的发展,循环围压和循环偏应力的比值每增加2/3,相应的永久轴向应变就增加32%。进一步根据部分排水条件下饱和软黏土永久轴向应变发展曲线特点,建立了考虑循环偏应力和循环围压耦合效应的正常固结饱和软黏土的永久轴向应变经验公式。     

循环荷载作用下饱和软黏土应变累积模型研究

通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环应力比、振动频率、超固结比及固结比对累积塑性应变对饱和软黏土循环软化特性的影响.试验结果表明,随着累积塑性应变的增加,软化指数减小;在循环初期,软化指数衰减缓慢;随着累积塑性应变的逐渐增加,软化指数衰减显著,但当累积塑性应变达到一定时,软化指数未见明显衰减.随着循环应力比的增加,累积塑性应变增长加快,软化指数与累积塑性应变关系曲线显著右移;当振动频率较低时,随着振动频率增加,软化指数与累积塑性应变关系曲线逐渐左移;但当振动频率较高时,不同振动频率下软化指数与累积塑性应变关系曲线近似重合.随着超固结比的增加,曲线左移,软化指数与累积塑性应变关系曲线逐渐向右、向上移动.在试验的基础上通过引入综合影响参数对试验数据进行归一化,建立饱和软黏土累积塑性应变模型.通过将该模型引入到修正的Iwan模型,并对饱和软黏土的应力-应变关系进行描述,并得到了与实测值较吻合的结果,从而也证明所提出累积塑性应变模型的合理性.     

循环交通荷载作用下饱和重塑黄土变形特性研究

为研究主应力轴旋转作用下饱和重塑黄土的变形规律,借助空心圆柱扭剪仪开展了排水状态下饱和重塑黄土的循环三轴试验和循环交通荷载试验,主要研究了主应力轴旋转对饱和重塑黄土的竖向塑性累积应变、径向塑性累积应变以及八面体塑性累积剪应变的影响。试验结果表明：(1)主应力轴旋转会使土体产生塑性累积变形;土样的竖向塑性累积变形和八面体塑性累积剪应变随循环次数增加呈对数型增长趋势,且循环竖向应力比和循环扭剪应力比与其呈正相关;径向塑性累积应变初期主要表现为拉应变形式,随荷载作用次数的增加,其值逐渐减小并向相反方向累积。(2)主应力轴旋转会加速相应的竖向塑性累积应变,在其他条件一定时,循环交通荷载作用下试样的变形量是循环三轴试验的数倍。(3)重塑黄土在交通荷载作用下竖向变形远远小于原状软黏土,作为路基填筑材料具有一定的优越性。(4)对现有的竖向塑性累积应变计算模型进行了修正,得到了饱和重塑黄土沉降变形的显式预测模型,并对该模型的有效性进行了分析验证。     

间歇性变围压循环荷载作用下饱和软黏土变形特性

交通荷载由循环加载和间歇停振两部分组成,间歇停振对土体动力特性的影响不容忽视。交通荷载引起的应力场包含循环变化的轴向偏应力和围压。因此,通过对软黏土开展一系列间歇性变围压循环加载试验,对饱和软黏土在间歇性加载和循环围压作用下的变形特性进行了研究,分析了循环围压和间歇停振阶段排水条件对软黏土累积轴向应变的影响。研究结果表明,不同试验条件下软黏土累积轴向应变增量随加载阶段的变化趋势保持一致,即累积轴向应变增量随加载阶段的增加逐渐减小。累积轴向应变增量随循环围压的增大而减小。间歇停振阶段不同排水条件下,试样累积轴向变形变化规律也有所区别：部分排水条件下,循环加载阶段产生的超孔隙水压力在间歇停振阶段消散,试样累积轴向应变在间歇停振阶段有一定程度的增长;不排水条件下,循环加载阶段产生的一部分变形在间歇停振阶段得以慢慢恢复,试样累积轴向应变有所减小。上述研究成果可加深对间歇性循环荷载作用下软黏土变形规律的认识。     

砂土循环累积变形规律与显式计算模型研究

海洋基础在上部结构风和波浪等长期循环荷载的作用下产生累积变形,易影响海上风电机组等构筑物的正常服役性能,其本质是基础周边土体的循环累积变形问题。针对该问题,开展了一系列饱和砂土在排水条件下的循环剪切三轴试验,研究了动应力比、初始密实度、初始平均应力和初始静应力比等土性和应力参数对循环累积变形的影响,发现随动应力比、初始平均应力和初始静应力比的增大及初始密实度的减小,饱和砂土的轴向循环累积应变增大。从试验数据分析来看砂土轴向循环累积应变和循环次数之间近似存在双对数线性关系。将砂土轴向循环累积应变与第一次循环轴向应变归一化能消除上述土性和应力参数的影响,进而分析了第一次循环轴向应变与土性和应力参数之间的关系,通过引入与密实度相关的砂土抗剪强度计算表达式,建立了饱和砂土在排水条件下的循环累积变形显式计算模型,适合海洋基础长期循环累积变形分析。     

交通动载下饱和软黏土累计变形的不排水循环扭剪试验

饱和软土地基上长期往复交通动载将诱发显著的路基运营沉降。交通移动荷载下场地应力路径下呈现心形旋转路径,然而现有路基长期运营沉降分析是建立在循环三轴试验基础上,忽略交通移动荷载下地基土单元主应力轴的旋转效应。利用动态空心圆柱扭剪仪模拟心形循环加载路径,并在动态空心圆柱仪上模拟了传统的循环三轴加载路径。对饱和软黏土开展试验研究,对比观察一系列心形循环加载和三轴循环的不排水累计变形行为。试验研究发现,心形循环加载将诱发更大的累计轴向应变和累计孔压,伴随着初始动应力比的增加,二者差异性更为明显。循环加载过程有效动应力比随着循环次数而增大,循环增量破坏时对应的有效动应力比近似为常数。大数目循环加载下,传统塑性安定行为可渐变为循环塑性蠕变状态。     

地铁荷载作用下饱和软粘土的长期沉降分析

针对地铁荷载作用下饱和软粘土地基出现的长期沉降问题提出了一个采用拟静力有限元计算和经验拟合计算模型相结合的预测方法,易于在工程中应用。将沉降分为不排水循环荷载作用下土体中的累积变形引起的沉降和由于动荷载引起的累积孔压消散产生的固结沉降,这两部分沉降的计算选用较为合理的基于临界状态理论的经验拟舍公式,土中应力分量的计算采用有限元方法计算并从中提取,最后采用分层总和法计算迭加得到总沉降,实例的计算结果得到了较好的验证。     

饱和软粘土的循环蠕变特性

本文介绍对上海淤泥质饱和粘土在长期循环荷载作用下的变形特性的试验研究结果。考虑到土的各向异性性质,在三轴试验中,在K0固结条件下把土试样恢复到天然的K0应力状态,然后进行排水及不排水单向循环加载蠕变试验。从试验结果可以观察到一些重要的现象:(1)当循环轴向应力小于初始固结压力的50%时,饱和粘土的循环蠕变可分成三个阶段;(2)循环应变可分成不可逆的累积应变与可逆应变两部分,可逆应变的大小与循环应力幅值近似成线性关系;(3)孔压增长较为滞后,不排水试样孔压增长稳定时其值约为应力幅值50%,而排水试样的残余孔压约为应力幅值的20%。     

循环围压对超固结黏土变形特性影响试验研究

 利用GDS动三轴系统对温州地区典型饱和软黏土进行一系列恒定围压和变围压不排水循环加载试验,重点分析循环偏应力和循环围压耦合作用对超固结饱和软黏土不排水循环累积变形特性的影响。试验结果表明：不排水条件下,与围压保持恒定,偏应力单独循环剪切相比,循环围压的存在,一定程度上限制了超固结饱和软黏土永久轴向应变的发展。在平均主应力–广义偏应力(p-q)空间,循环偏应力和循环围压耦合应力路径斜率p/q每增加1,永久轴向应变将降低约20.18%。进一步在试验基础上提出考虑超固结比和循环围压影响的永久轴向应变经验公式。     

冲击荷载下软土的动力响应及结合水变化试验研究

通过SPAX-2000动静真三轴测试系统,研究了饱和软黏土在冲击荷载作用下的应力、应变、孔隙水压力等指标的变化特征。同时,通过差热分析法和理论计算,对比了试验前后软土中结合水含量大小。研究表明,土中结合水含量及其变化对土的物理性质和力学行为有重要影响。试验前后饱和软黏土中结合水含量变化较大,水性转化现象明显,土体固结作用显著,并且冲击荷载作用下土中水性转化、弱结合水排出与动力排水固结程度有因果联系。在一定试验条件组合下,存在饱和冲击能,此时能激发土中结合水转化为自由水量最多;伴随孔隙压力的消散和土体的固结,土的抗剪强度提高、压缩性减小,土体成为超固结土。该研究能揭示软基加固的微观机理,可为静动力排水固结法设计提供理论依据。     

基于非线性运动硬化模型的饱和黏土桩基础竖向循环弱化数值分析

针对饱和黏土的循环弱化特性,在商用有限元软件的基础上,建立了基于非线性运动硬化准则的饱和黏土循环弱化模型,在各向同性的硬化准则中引入了以等效塑性变形为变量的弱化规律,采用非线性运动硬化准则描述土体的循环滞回特性,同时考虑土体刚度的弱化。通过与饱和黏土单向循环三轴试验结果对比,验证了该模型的有效性。应用本模型,对竖向循环荷载作用下的单桩进行了二维有限元数值模拟,研究了不同循环荷载水平、不同循环次数、在不同土体刚度指数的地基中单桩竖向承载力的弱化情况。最后通过对有关文献模型试验的模拟对比验证了该数值方法的有效性。     

循环荷载后原状与重塑饱和粉质黏土不排水强度性状研究

为研究循环荷载作用后原状土与重塑土不排水强度发展规律,针对天津典型粉质黏土做了一系列动、静力三轴试验。结果表明,振后原状土样不排水抗剪强度会发生衰减,当振后轴向应变大于 3% 时,衰减度 β 随动轴向应变增加呈现先增大后稳定的趋势;最大孔压比处于 0.5 ～ 0.7 之间时,不排水强度衰减较小,最大孔压比高于 0.7 时,振后强度开始迅速衰减;振后饱和粉质黏土不排水剪应力路径表现出超固结性质,随着 β 的增加,应力路径由正常固结向轻似超固结,再向重似超固结发展。对于重塑土,循环荷载作用后其不排水抗剪强度变化较小。