动态土工真三轴仪在砂土液化研究中的应用

为了模拟实际场地中土体变形和强度特性,研究开发了揭示侧限条件下饱和砂土震动液化机理的试验方法。文中采用了动态真三轴试验系统,该设备采用刚性板加柔性面的混合边界加载装置,并应用先进的CATS试验控制系统。试验结果表明应用动态土工真三轴仪进行砂土液化实验是可行的,并初步分析了侧限条件下的液化机理,即土体将在轴向压力、侧压和孔隙水压力相等的条件下发生液化,表明振动荷载过程中的应力重分布对砂土液化强度和孔隙水压力发展等具有显著的影响。     

饱和砂土的剪切波速与抗液化强度相关性研究

依据扭剪振动原理,开发出剪切波速与振动三轴联合试验装置。进而针对取自20 多个工程场地、埋深在20 m 以内的12种大量原状砂土,分析了同一类土、在同一固结压力作用下,原状与重塑土样抗液化强度与其初始剪切波速之间的相关性。结果表明,当判别液化的应变标准不超过6%时,土的抗液化强度与其初始剪切波速之间存在良好的对应关系。当应变破坏标准超过6%,土的初始剪切波速与抗液化强度之间不具备唯一对应关系。     

基于数字图像技术的砂土液化可视化动三轴试验研究

常规动三轴试验不能实现试样细观结构的观测,对原有CKC型振动三轴仪实施可视化改进,开发用于试验过程试样细观结构观测的试验系统。在砂土振动液化试验中,利用显微数码摄录技术全程动态摄录整个试验过程砂土细观结构的变化,从摄录录像中提取特征时刻的数字图像照片,导入自主开发的数字图像细观结构分析软件DeoDIP,对比分析液化前后砂土细观结构(颗粒定向性、接触法向、接触数)的演化规律,追踪标志砂颗粒的运动轨迹。结果表明:液化时,颗粒长轴没有明显的优选方向,制样引起的初始各向异性被消除;接触法向呈现各向异性特征,其主方向在整个试验过程中一直偏于竖直方向;平均接触数发生了损失,液化排水后得到恢复,说明试样振动密实。液化前,各标志颗粒具有基本相同的运动轨迹,颗粒运动以平动为主,旋转作用很小,颗粒运动与试样变形保持较好的整体性;颗粒之间相对运动加剧,颗粒之间不断接触分离,部分颗粒出现悬浮现象,且颗粒旋转明显。可视化三轴试验结果不仅有助于研究砂土液化的细观力学机理,并能为液化细观数值模拟提供试验基础。     

海床砂土应力分析及动态强度特性

探讨了海床土壤与陆上土壤应力状态的差异,在三轴试验中利用反水压力作为静水压力以模拟原海床水深,回复海床土壤在原海域环境中的应力状态,并探讨水深对海床砂土动态强度的影响。另外,探讨了海床砂土受到长、短波浪周期作用时,其动态强度特性。研究结果显示,水深越大,海床砂土的液化阻抗强度越低;海床土壤在长周期的波浪作用下,有较高的液化阻抗强度,同时引起海床砂土液化有一最低的门坎值。     

关于“砂土液化动稳态强度分析”的讨论

拜读了王星华、周海林先生的“砂土液化动稳态强度分析”(发表于《岩石力学与工程学报》2003年第1期,以下简称“文[1]”)一文,受益颇多。针对文[1]所提出的动稳态强度问题,谈谈自己的看法,供大家参考。文[1]有如下阐述:“中砂、中密砂或密砂在周期振动力作用下,会发生液化和应变软化,最终达到一个稳定的残余强度。在此,残余强度在不同的振动周期,砂土的孔隙水压幅值不再增加,应力路径相互重叠,但是应变幅值却以恒定的速率不断增加,借助单调荷载中的稳定状态概念,称这种振动力作用下的相对稳定状态为动稳态。”在我国工程界,所谓液化定义为:…     

砂土液化势剪切波速简化判别法的改进

结合压电陶瓷弯曲元波速测试技术开展了饱和标准砂的不排水循环三轴试验,并根据试验结果改进了以往提出的利用剪切波速进行砂土液化势判别的简化方法。这种方法本质上基于砂土抗液化剪切强度与弹性剪切模量之间良好的相关性。用改进后的方法全面评价了26次地震、70多个液化场地的液化势,并与国内外其他液化势简化判别法的判别结果作了比较。分析结果表明,改进后的简化方法的评价结果与现场震害调查数据更趋一致。最后,通过一个实例分析]示了利用该改进方法进行土层液化势判别的一般步骤。该改进方法仍有待于深入研究,尤其是对密实砂土场地在强震下的液化评价,需要进一步的试验和现场数据加以佐证。     

饱和粉砂土液化和应变特性试验研究

对取自齐泰高速公路路基的粉砂土,在实验室内按照不同的干密度进行了重塑,完成了三组不同干密度的振动三轴液化试验。分析了饱和粉砂土的抗液化强度和液化过程以及应变发展规律,根据动三轴试验结果,通过曲线拟合方法建议了粉砂土振动液化过程中的永久应变势模型,给出了不同干密度下土样的回归曲线。     

控制试样初始剪切模量的动三轴液化试验

研制了压电陶瓷弯曲元-动三轴试验系统 ,解决了三轴仪内饱和试样的剪切波速测量问题 ,并阐述了其原理。在此基础上 ,通过先期振动控制重塑试样的初始剪切模量 ,并通过不排水应变控制循环三轴试验研究了钱塘江饱和粉土和粉砂的液化性质。     

砂土液化动稳态强度分析

根据动三轴实验数据，砂土的应力路径最终达到一个稳定的阶段，此时，在不同的振动周期，砂土的孔隙水压幅值不再增加，应力路径相互重叠，但是应变幅值却以恒定的速率不断增加，这种相对稳定状态中的极限强度是评估砂土抗液化能力的重要指标，并结合饱和砂土的孔隙水压力发展和应力路径，使砂土液化强度更加明了。     

动单剪分析饱和粉土的液化性

利用Shear Trac-II-DSS动单剪测试系统,研究了邯郸地区饱和粉土的液化性。结合Seed简化理论中等效的原则,将地震剪应力时程等效成周期剪应力和周期次数,得到了地震剪应力与抗液化剪应力关系曲线;初步确定了该地区粉土液化深度为2m左右,初始液化区域为2～6m;当埋深较浅时,抗液化强度比等效地震剪应力要大;随着埋深增加抗液化强度和等效地震剪应力均增大,且抗液化强度增加的幅度比等效地震剪应力增幅要小;当达到一定深度时,抗液化强度等于等效地震剪应力,出现初始液化现象;随着埋深进一步增加,抗液化强度增加的幅度比等效地震剪应力增幅要大,最终导致粉土不液化。该结论可为今后的工程设计提供参考。     

动力固结后饱和软土三轴剪切性状的试验研究

通过淤泥质饱和软粘土的三轴固结不排水剪切试验,研究了海相沉积原状土、重塑土以及超固结土在动力固结后的应力–应变性状表现。原状软土经过动力固结后在剪切过程中表现出应变软化,重塑软土在低围压下具有一定的应变硬化现象,而在高围压下则为应变软化型。3种状态下的软土的应力–应变关系曲线按照双曲线形式对围压均具有较好的归一性。应力路径分析表明,原状土经过动力固结后在剪切过程中表现出一定的超固结土的性状,而经过动力排水固结后,重塑土则具有明显的超固结土特性。     

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。     

应力路径条件下堆石料剪切特性大型三轴试验研究

依据宜兴抽水蓄能电站上库主坝主堆石料原型级配,联合采用相似级配和等量替代的级配模拟技术制备大型三轴试样,利用YS-30型应力路径大型试验机开展应力路径条件下堆石料剪切特性大型三轴试验研究.研究结果表明:应力路径与固结应力共同作用,成为影响堆石料剪切特性的主要外部因素.堆石料抗剪强度具有显著的非线性特征,而应力路径对其抗剪强度影响极小.随着σc与k的增加,应力-应变关系由低压应变软化、高压应变硬化型向完全应变硬化型转变;体积应变关系由低压剪胀、高压剪缩型向完全剪缩型转变;随着应力比k的增加,堆石料塑性变形性质逐渐由剪切塑性变形变化为主转变为压缩塑性变形变化为主,破坏形式则由剪切破坏转变为压缩破坏.堆石料剪胀剪缩转化关系由临界应力比kcrit与临界固结应力(σc)crit共同决定.     

取样扰动引起土层剪切波速变化的试验研究

对3个工程场地土层的原位剪切波速和相同场地原状土样的室内剪切波速进行了比较试验，研究结果表明，随土性的不同，剪切波速的变化程度也不同。对于粘性土，两者测试结果一般相差在11％以内，个别相差达到13％左右：对于砂性土，室内测试结果一般偏小，相差在14％以内，最大相差达到20％。这些结果为依据室内剪切波速测试资料比较客观地评价原位土层剪切波速提供了客观依据，同时，也为评价取样过程对土样的扰动程度提供了一个定量的参考指标。     

砂岩三轴卸荷力学特性试验研究

基于三轴卸荷破坏试验,分析研究砂岩在卸荷应力状态下的应力-应变及破坏特征。试验结果表明:岩体卸荷破坏时脆性特征非常明显,相比于加载破坏,卸荷破坏更加突然和剧烈,岩体破碎程度更高;卸荷过程中轴向变形随围压降低不断增加,在开始卸荷阶段增加较慢,当卸荷量达到一定值后,变形突然增大,很小的卸荷量就会引起较大的变形。根据卸荷过程中岩体应力-应变曲线变化特征,将卸荷量作为重要参量,假定岩体在卸荷损伤屈服阶段符合Griffith屈服准则,接近极限破坏强度时符合Hoek-Brown屈服准则,认为卸荷造成岩体屈服发生塑性变形后,岩体卸荷条件下的屈服函数随卸荷量在Griffith准则和Hoek-Brown准则间呈线性变化,推导考虑卸荷应力状态的弹脆塑性力学模型。     

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。     

粉质黏土–混凝土接触面特性单剪试验研究

 利用改进的循环单剪试验系统进行粉质黏土–混凝土接触面剪切性能试验。混凝土表面粗糙度分为光滑、一般和粗糙3种状态,法向压力为5～200 kPa,土样厚度分为10,20 mm两种情况,主要考查接触面粗糙度、法向压力以及试验选取的土样厚度对接触面剪切性能的影响规律。试验结果表明：接触面主要表现出2种破坏模式,一种是接触面附近土体自身剪切破坏,另一种是接触面滑移破坏,接触面的强度即为这2种破坏强度的下限,接触面加载路径最终达到哪一段强度曲线决定接触面的应力–应变特性;接触面粗糙度和法向压力越大,越趋向于土体自身剪切破坏;土样厚度对试验测得的接触面应力–应变曲线存在影响,但这种影响随着接触面粗糙度和法向压力的增大而减小。     

基于等效黏弹性模型获取土体最大动剪模量的计算方法

土动力特性参数中,最大动剪切模量Gmax是定量描述土动力学本构最重要的参量之一,现有研究方法通常需较多参量及工程经验方能对其进行半定量的计算,但天然状态条件下土体的Gmax真值是唯一且确定的。为此,结合对土体动力学特性广泛适用性的基于等效黏弹性理论的修正Davidenkov模型,基于土动三轴试验,提出对该模型中的3个参量多元回归和对Gmax自适应逼近迭代的反分析算法,用于求取Gmax并得到本构方程中所需系数。研究表明：该算法在同时满足Davidenkov模型曲线三参数对测试数据拟合以及反算Gmax残差最小的双重计算约束条件下,对3类土样的动三轴测试数据进行拟合,在规避直接获取Gmax存在困难的情况下,顺利得到各测试样本的动本构模型。