循环荷载下软土动弹性模量衰减规律研究

为了研究循环荷载作用下软土动弹性模量的衰减规律,通过室内动三轴试验,详细研究了循环荷载作用下初始偏移应力、荷载频率、超固结比以及循环应力比等对软土动弹性模量衰减的影响.试验结果表明,随着应变的增大,不同频率荷载作用下土样的动弹性模量逐渐减小,但频率的变化对动弹性模量的衰减规律影响很小;在相同的动应变水平下,随着初始偏移应力的增加,土体动弹性模量有较大幅度的增加;对于超固结比较大的土体,其动弹性模量衰减较小,超固结比较小的土体,其动弹性模量随应变增大衰减较大.通过对试验结果进行回归分析,得到了软土在循环荷载作用下动弹性模量衰减的经验公式     

合肥膨胀土动弹性模量与阻尼比试验研究

以合肥膨胀土为研究对象,利用GDS真动三轴仪对土体进行循环动荷载试验,研究不同围压、固结应力比对土体动弹性模量及阻尼比的影响规律.试验结果表明,合肥膨胀土的骨干曲线可以由双曲线描述;在相同条件下,动弹性模量随着围压、固结应力比的增大而增大,随着动应变的增大先急剧减小后趋于平缓;动弹性模量的倒数与动应变呈良好的线性关系,最大动弹性模量随着围压的增大呈线性增大,给出考虑围压影响的最大动弹性模量回归方程;阻尼比随着围压、固结应力比的增大而减小,采用 Darendeli 模型及依据阻尼比与应变的经验关系,得到动模量比衰减模型及阻尼比模型;不同围压、固结应力比下阻尼比与动模量比的关系归一化后可以由修正Hardin-Drnevich公式描述.     

应力状态对粗颗粒材料动力特性影响试验研究

土石坝在运营过程中,不同部位往往处于不同的应力水平,坝体在遭遇地震工况下,则导致坝体内部不同部位会产生不同的地震附加应力,应力状态是影响粗颗粒材料动力特性的重要因素。为研究地震过程中应力状态的变化对坝体抗震性能的影响,本文开展了不同围压、不同固结应力比及不同动应力条件下粗颗粒材料动力特性试验研究工作,研究表明：不同围压下最大动弹性模量值随着围压和固结应力比的提高逐渐增大,随着动应变的增大呈逐渐衰减趋势,衰减率随着围压和固结应力比的增加逐渐减慢;不同围压下阻尼比随着动应变的增大呈逐渐增大趋势;随着围压增加,阻尼比λ呈逐渐减小趋势;各级围压下最大动弹性模量值及阻尼比值均比较分散,而不能依靠动应变对其进行归一化描述。在相同围压和固结应力比作用下,随着动应力的提高,动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加;在相同围压和动应力作用下,动永久轴向变形随着固结应力比的提高而增加,动永久体积变形随着固结应力比的提高而略有降低;在相同的固结应力比和动应力作用下,随着围压的提高,动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加;轴向动应变幅值是不均匀的,一般开始几周较大,后期会逐渐变小,一般在第10次循环左右,轴向动应变幅值就逐渐趋向于定值。     

波浪循环荷载作用下滨海软土水平向动力特性试验研究

为研究海上风电桩基在波浪荷载作用下,产生水平向循环荷载对桩基周围土体动力特性的影响,以唐山地区滨海软土为研究对象,通过室内动三轴试验,研究不同围压、动应力幅值和振动次数条件下对软土水平向动力特性的影响。结果表明:软土水平向动强度随围压增加而增加,随振动次数增加而减小;动应力幅值增大,破坏振次减小;水平向动应变ε_d随振动次数增加变大,且动应力幅值越大,增速越明显,变化规律遵循Monismith模型;动应力幅值改变时,软土水平向动模量变化明显,当围压减小,动弹性模量减小;曹妃甸软土水平向间具有明显的结构性,不同围压条件下,随动应力幅值增加动阻尼比均表现增大趋势。     

交通荷载下软土的变形及微结构演化特征

为探讨交通荷载作用下软土变形特征及微结构演化,对中国深圳前海地区软土进行动三轴试验,并将试验后的土样进行微结构制样及电镜扫描,解释动三轴试验中土样的变形机理.动三轴和微观结构测试结果表明,临界动应力比随试验条件而变化,围压增加,软土临界动应力比减小,振动频率增加,临界动应力比增加.当动应力比小于临界动应力比时,随着动应力比增加,孔隙受到压缩而趋于扁平化,累积轴向应变增加.而相同动应力比条件下,轴向应变随振动频率增加而减小,随有效固结围压增加而降低.超过临界动应力比后,土体原结构发生破坏,颗粒重新排列导致孔隙普遍加大,孔隙扁平化加剧.     

风积沙在循环荷载作用下的变形特性试验研究

通过动三轴试验研究了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,分析了围压、循环荷载大小、偏压固结比、初始静偏应力和循环荷载作用频率对累积塑性应变的影响,得出了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,根据循环荷载的大小应变类型可以分为4种:稳定型、缓慢增加型、匀速增加型和突然增大型。当围压为20kPa时,其临界动应力水平D的取值范围为:0.27D0.33。风积沙的累积塑性应变随着循环荷载大小、初始静偏应力的增加而增大,随着围压、偏压固结比和荷载作用频率的增加而减小。提出了一种针对动应力水平较低时风积沙累积塑性应变模型,并验证了模型的正确性。     

宁夏滨河粉土路基在循环荷载下的变形特性

为了揭示宁夏滨河粉土路基在交通载荷下的变形机理,采用动三轴试验对宁夏滨河粉土重塑样本进行了逐级加载和循环荷载两种双向剪切工况下路基变形特性的研究,分析了路基粉土土样的破坏形式、滞回特性、骨干曲线、动弹性模量及阻尼比、滞回曲线面积和超静孔隙水压力变化的特点。结果表明：试样的破坏形式既有拉伸破坏也有压缩破坏,固结压力对土样破坏形式有着显著的影响;滞回曲线随循环应变的增加从封闭状态逐渐发展到不封闭的状态,直至土样出现大应变破坏;逐级加载下的骨干曲线随着动应力持续增大,应变迅速增大时骨干曲线的斜率开始减小,逐渐趋于水平状态;动弹性模量在弹塑性阶段随应变增大而大幅度地减小,在大应变时动弹性模量变化趋于平缓;阻尼比随动应变的增加在弹塑性阶段逐渐增大,在大应变时阻尼比变化趋于稳定;滞回曲线面积随着应变的增加呈近似于指数增长;孔压与应变的增长都是随着振次的增大而不断增长的,未出现类似黄土的结构崩溃式破坏,也不出现黄土试样在应变达到5%时孔压接近于固结压力的“初始液化”现象,滨河粉土的“初始液化”现象均出现在应变大于10%以后。     

单向循环荷载作用下饱和重塑红黏土的动力特性

为探究长期循环动荷载作用下红黏土的塑性累积应变效应,对南昌地区饱和重塑红黏土进行单向加载循环三轴试验,研究了动应力比、初始孔隙率、固结围压、加载频率、排水条件对红黏土塑性累积应变和动孔压的影响。结果表明：随着动应力比的增大,红黏土变形曲线由渐稳型向破坏型过渡;当动应力比小于临界动应力比时,随着循环振次的增加,红黏土的塑性累积应变和动孔压发展曲线均表现为起始快速增长,后出现拐点,最终趋于稳定;相同的动应力比下,试样的累积应变和动孔压随初始孔隙率、固结围压的增大而增大,随加载频率的增大而减小,不排水条件下的累积应变要大于排水条件下的累积应变;塑性累积应变越大,应变发展曲线拐点出现越滞后;随着动应力比的增大,土体的软化程度也越大,但在较高的循环振次下,软化程度减弱。     

不同频率循环荷载下大理岩动力学特性试验研究

利用MTS 815岩石力学试验系统,对大理岩进行了单轴压缩和不同振动频率、不同动应力幅值的循环加卸载试验,探讨循环荷载的振动频率和动应力幅值对大理岩的动弹性模量和动泊松比的影响.研究结果表明,在不同应力幅值的循环荷载作用下,大理岩的动应力-动应变曲线不完全重合,形成了滞回环;随着动应力级别的提高,滞回环面积增大,能量耗散增加;随着循环周次的增加,累积不可逆变形增大.当动应力幅值的范围分别处在岩石弹性变形阶段和塑性变形阶段时,振动频率和动应力幅值对动弹性模量和动泊松比的影响不同.随着循环应力级别的提高,动弹性模量减小,而动泊松比呈现出逐渐增加的趋势;当动应力幅值处在岩石的屈服点以上时,随着振动频率的增大,动泊松比增加、动弹性模量减小.     

不同振动频率下酸性压实黄土的动力特性研究

为研究不同振动频率下受酸液侵蚀压实黄土的动弹性模量、阻尼比、振陷变形以及孔压发展变化的规律,进行了一系列动三轴试验.通过GDS动三轴试验系统提供不同频率的振动荷载,选取pH=5的酸液配制黄土模拟酸性压实黄土.结果表明:当试样达到同一动应变时,随着振动频率从1 Hz增加到5 Hz,动弹性模量、阻尼比、动孔压均不断增大;同一频率下,振陷变形随着振动次数的增加而增大;同一振次下,振陷变形随着振动频率的增加而减少;同一频率下,pH=5酸液配制的试样较pH=7蒸馏水配制的试样的动弹性模量、阻尼比、孔压减小,振陷变形增大.     

砂质泥岩风化土的动力特性试验研究

以某工程场地下伏砂质泥岩风化土为研究对象,结合工程实际情况,通过循环振动三轴试验,对风化土在选定的4组固结围压状态下表现出来的动力特性进行了研究,得出了固结围压的变化对其产生的影响.在研究的固结围压范围内:固结围压对动应力-应变骨干曲线及动弹模量曲线的影响较大,骨干曲线与动弹模量曲线均随固结围压的增大而提高;最大动弹模量与固结围压间具有良好地幂函数关系,并且幂指数随着固结围压的增大呈现增长;固结围压的增大阻尼比随着减小,且减小的幅度先增大后减小;动剪模量比曲线在不同的固结围压状态下表现出了良好地归一化特性.     

循环荷载下冻土的动阻尼比试验研究

在大量低温动三轴试验资料基础上，对冻土的动应力－应变关系试验成果进行了分析，给出试验温度、围压、土的含水量、轴向动荷载的振动频率和振动次数等对冻土的阻尼比的影响关系，得出了冻土温度、围压、频率是影响冻结粉质粘土动阻尼比的主要因素，即随着温度的降低、围压的减小、振动频率的增加。冻土的阻尼比减小的结论，从而为进一步深入开展冻土场地动力特性研究提供了基础的试验资料与研究结果。     

橡胶颗粒–砂混合物新型路基填料动力参数特性的试验研究

为研究橡胶颗粒与砂土混合物这种新型路基填料在循环列车荷载作用下的动力参数特性,进行室内固结不排水动三轴试验,分析了橡胶颗粒含量、围压以及加载频率等因素对橡胶颗粒–砂混合物动剪切模量、阻尼比等特性的影响,研究结果表明:应变一定时,混合物的动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小,随着围压的增大而增大,随着加载频率的增加而轻微减小;基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量试验结果进行拟合,得出最大动剪切模量,发现最大动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小;混合物的阻尼比随着橡胶颗粒含量的增大而增大,随着围压的增大而减小,加载频率对阻尼比的影响较小;基于试验结果,建立了橡胶颗粒–砂混合物阻尼比与动剪应变的关系式。最后,基于柔性橡胶颗粒与刚性砂土颗粒的微观接触特性,分析了橡胶颗粒对混合物动剪切模量以及阻尼比的影响机理。综合研究结果得出:橡胶颗粒含量不宜超过20%,此时橡胶颗粒–砂混合物作为新型路基填料的动剪切模量可以满足要求,阻尼比较大,具有良好的减震耗能效果。     

部分排水条件下饱和红黏土循环试验研究

为了研究交通荷载作用下路基天然黏土层的长期动力特性,采用GDS循环三轴系统,对赣南地区的路基红黏土开展部分排水条件下大次数循环荷载试验.研究部分排水条件下红黏土的孔压累积和模量变化情况,分析循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比对红黏土累积变形的影响.研究结果表明,红黏土的最终竖向累积变形随循环应力比和初始固结应力比的增大而指数型增大,随平均初始固结压力的增大而线性增大,提出考虑循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比和循环次数的累积应变模型,通过不同动应力状态下红黏土累积应变随循环次数发展曲线的归一化表明了该累积应变模型的正确性.     

橡胶颗粒-砂混合物新型路基填料动力参数特性的试验研究

橡胶材料具有密度低、线弹性变形能力强、耐久性好、耗能大等优点,其衍生物与土体制成的混合物被广泛应用于岩土工程和交通工程领域。为研究橡胶颗粒与砂土混合物这种新型路基填料在循环列车荷载作用下的动力参数特性,进行室内固结不排水动三轴试验,分析了橡胶颗粒含量、围压以及加载频率等因素对橡胶颗粒-砂混合物动剪切模量、阻尼比等特性的影响,研究结果表明：应变一定时,混合物的动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小,随着围压的增大而增大,随着加载频率的增加而轻微减小;基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量试验结果进行拟合,得出最大动剪切模量,发现最大动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小。应变一定时,混合物的阻尼比随着橡胶颗粒含量的增大而增大,随着围压的增大而减小,加载频率对阻尼比的影响较小;基于试验结果,建立了橡胶颗粒-砂混合物阻尼比与剪切应变的关系式。最后,基于柔性橡胶颗粒与刚性砂土颗粒的微观接触特性,分析了橡胶颗粒对混合物动剪切模量以及阻尼比的影响机理。综合研究结果得出：橡胶颗粒含量不宜超过20%,此时橡胶颗粒-砂混合物作为新型路基填料的动剪切模量可以满足要求,阻尼比较大,具有良好的减震耗能效果。     

低频振动下库区粉土的动力特性试验研究

针对三峡库区某滑坡粉质粘土,开展了等压固结下重塑试样在低频振动下三轴动力剪切试验,研究了不同频率下土体的应力应变关系、动弹模、阻尼比的变化特性.实验结果表明:轴向动荷载作用下,随着振动次数增加各土样的变形均逐渐累积增大,且频率在0.5~2Hz范围内,在振幅相同的动荷载条件下,频率越高,动应变的累积变形越慢.在此频率范围内,动孔压经历了逐步升高到骤降的过程.振动频率越高,动模量越高,且随着动荷载幅值的增大,动模量随变形逐渐降低.变形累积到一定时,阻尼比随着频率的增加而增大,阻碍了土体的变形发展.     

应变历史对黏土剪切模量和阻尼比的影响

在50 kPa1、00 kPa、300 kPa和500 kPa固结压力下,对16个土样进行高循环次数剪切试验以测定应变历史对正常固结黏土动力特性影响。实验结果表明：在排水固结阶段随着固结时间推移,剪切模量曲线上升而阻尼比曲线下降,剪切模量变化因固结压力增大更明显,25 h后两者变化趋于稳定;等幅值应变控制循环加载时,动剪模量和阻尼比在振动50周期内变化明显,之后变化趋缓,其中阻尼比随循环周数呈双曲线型变化。试验中发现明确应变历史门槛标志,其中阻尼比受其影响比动剪模量更明显,这对评估应变历史对土动力特性影响具有重要意义,值得进一步深入研究。     

循环荷载作用下小间距加筋土动力响应特性试验研究

基于山西省太行一号风景道K43+175处加筋土桥台工程,开展不同加筋间距工况条件下加筋砂土的动三轴试验,分析循环荷载作用下加筋间距对加筋砂土动强度、动剪切模量、阻尼比、累积塑性应变等动力响应特性的影响,探讨加筋砂土动力响应特性的演化规律,从而为加筋土柔性桥台复合结构（Geosynthetic Reinforced Soil Integrated Bridge System,GRS-IBS）工程设计中的变形预测和稳定状态评估提供依据。结果表明：随加筋层数的增加,加筋砂土动应力-动应变曲线逐渐由双曲线型过渡为直线型,试样动强度和动模量也随之增大,且加筋越密,增幅越明显;增大围压和增加加筋层数均能减小动剪应变,提升动剪切模量,减小阻尼比;增加加筋层数能有效抑制轴向累积塑性应变随循环荷载作用增长的趋势,因此,在GRS-IBS结构中应控制加筋间距,以提高加筋土的临界循环应力比,保证其处于长期动力稳定状态。     

采空区场地高速铁路路基动力响应离散元数值模拟分析

目的 高速铁路穿越采空区场地存在重大安全隐患,为探讨采空区场地高速铁路路基的动力响应规律,方法 利用3DEC离散元软件建立17组采空区场地高速铁路路基数值模型,分析不同列车荷载作用下路基内部的沉降变形和动应力分布规律,对比分析无砟轨道和有砟轨道路基内部动力响应的分布差异,分析采空区开采宽度、厚度对动力响应分布规律的影响。结果 与无砟轨道相比,有砟轨道路基内部的动应力幅值明显更高,但其动应力的衰减速率也更高;动应力、动位移的时程曲线沿着路基深度方向出现不断增大的相位差;路基内部动位移幅值随着荷载作用时间增加而逐渐增大,但增大的速度不断降低,动应力幅值基本保持不变;动应力、动位移幅值与列车轴重存在明显的线性关系,随着轴重增加而线性增大;采空区开采宽度、厚度越大,列车荷载造成的动位移幅值也越大,但当开采宽度大于一定数值后,动位移幅值反而出现减小趋势。结论 列车荷载、路基轨道类型和采空区场地的差异都会对路基内部的动力响应分布情况产生影响,研究结果可为采空区场地高速铁路的安全运行提供理论参考。     

循环荷载下花岗岩动力响应及本构模型

利用真三轴试验机,对尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的花岗岩试样进行了循环荷载下的试验研究,探究非破坏状态下不同围压、动载频率、动应力幅以及循环周次下花岗岩动弹性模量以及动阻尼比的变化规律,并将所得数据进行对比分析。试验结果表明：花岗岩动弹性模量随围压线性增长,动阻尼比随围压线性递减,动弹性模量增幅逐渐变大;花岗岩动弹性模量随动载频率指数增长,动阻尼比随动载频率幂函数增长,在20 Hz的动载频率下岩石内部活动较为剧烈,动载频率对岩石的影响程度较大;动弹性模量随动应力幅二次函数增长,动阻尼比随动应力幅幂函数减小,动阻尼比变化受到岩性影响;改进邓肯-张模型很好地反映了花岗岩在不同作用下岩石动态本构关系。该试验得到的模型可为后续动力特性的反演提供参考。