筑坝料动力分析中的Bouc-Wen模型及其参数研究

Bouc-Wen光滑滞回模型因其能够描述动力荷载下的复杂非线性,广泛应用于材料的动力分析。为研究筑坝料在循环加载条件下动剪切模量和阻尼比以及累积变形等复杂动力特性,将Bouc-Wen模型应用于土体,绘制应力应变滞回圈并分析其模型参数;采用参数敏感性分析方法研究Bouc-Wen模型,并对动力试验数据进行数值模拟;讨论模型参数变化对土体应力应变滞回圈及动剪模量和阻尼比的影响。根据国内外筑坝料动力试验数据统计得到筑坝料模量衰减及阻尼比增长的均值曲线,应用MATLAB软件编制遗传算法程序确定模型参数;利用GDS动三轴仪探究糯扎渡土石坝的心墙掺砾土在循环荷载下的累积变形特性,并应用Bouc-Wen模型对循环三轴试验测得的应力应变滞回圈进行数值模拟。基于参数分析和数值拟合结果,本文提出适用于筑坝料的Bouc-Wen模型参数范围;筑坝料动剪模量衰减曲线和阻尼比增长曲线拟合结果均方误差小于0.4%;糯扎渡掺砾土循环三轴试验8个振动周期累积应变试验值与模型预测值分别为1.2%和1.18%。基于本文研究得到的模型参数范围,Bouc-Wen模型可以有效地模拟筑坝料动模量阻尼和累积变形特性,为筑坝料动力分析提供帮助。     

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.     

强震区土石坝筑坝材料动力特性试验研究(投稿研究生论坛)

土石坝筑坝材料的动力特性是进行坝工设计和动力评价的基础。以西部强震区某土石坝工程为研究对象,采用室内动三轴试验,对其坝壳料、心墙料和坝基断层料进行动力特性试验研究,并以Hardin-Drnevich模型为基础,确定筑坝材料的动弹模、阻尼比等特性参数,试验表明：在动应变在10-6 ～ 10-5 范围内,动模量与围压、固结比成正相关;随动模量的增大,相关性降低;动应变和振级的拟合指数模型则表明不同围压、固结比的心墙料的应变-振级曲线趋势一致,坝壳料较为离散;试验中固结围压对粗骨料阻尼比-应变曲线的影响较固结比大,可为强震区土石坝的动力稳定评价提供可靠的理论依据。     

土工格室加筋对橡胶砂动剪模量影响的试验研究

对4种质量配合比(0%,20%,30%,100%)和4种竖向固结压力下的加筋与无筋橡胶砂,进行循环单剪试验,分析土工格室加筋对橡胶砂动剪模量的影响规律。研究结果表明:加筋与无筋橡胶砂的动剪模量均随着动剪应变幅值的增大而减小,随着橡胶含量的增大而降低,随着竖向固结压力的增加而升高,动剪模量曲线均随着固结压力的增大而趋于平缓、非线性特性减弱;土工格室加筋使得橡胶砂的动剪模量有所提高,但是随着剪应变幅值和固结压力的增大,加筋的影响降低;土工格室加筋使得橡胶砂的模量比衰减延迟,但其影响亦随固结压力的增大而减弱。     

南水北调中线工程段弱膨胀土的动力学性质研究

膨胀土在我国分布广泛,掌握膨胀土的动力学特性有重要的理论和工程意义.以南水北调中线工程禹州段弱膨胀土为研究对象,通过循环动单剪试验,研究固结压力和振动频率分别对弱膨胀土的动剪切模量和阻尼比的影响.试验结果表明:随着固结压力的增大,动剪切模量和阻尼比都增大;随着振动频率的增大,动剪切模量增大;对同一剪应变,频率愈低,阻尼比愈小,频率愈高,阻尼比愈大;随着剪应变的增加,试件的阻尼比逐渐增大.     

循环次数对加筋橡胶砂动力特性影响试验研究

将橡胶砂填入经过高强焊接的土工网状格室形成加筋橡胶砂,通过大尺寸循环单剪试验研究加筋橡胶砂在4种竖向应力、5种位移幅值下的滞回曲线、动剪模量比和阻尼比随循环次数的变化规律。结果表明:60次循环单剪中,循环次数对低配比、低竖向应力橡胶砂的影响比较明显,随着循环次数的增加材料吸收能量的能力减小,减震效能逐渐下降,塑性变形能力下降;循环次数对小剪切加筋橡胶砂动剪模量有增加效应,对大剪切应变的有略微减小效应;当竖向应力较小时,循环次数对动剪模量影响不稳定,呈现波动性;当竖向应力较小时,阻尼比曲线达到稳定时需要的循环次数较少,当竖向应力较大时,阻尼比曲线达到稳定时需要的循环次数较多。     

强震区土石坝筑坝材料动力特性试验研究

以西部强震区某土石坝工程为研究对象,采用室内动三轴试验,对其坝壳料、心墙料和坝基断层料进行动力特性研究,并以Hardin-Drnevich模型为基础,确定筑坝材料的动弹模、阻尼比等特性参数。试验表明:动应变在10-6~10-5范围内,动模量与围压、固结比成正相关,随动模量的增大,相关性降低;动应变和振级的拟合指数模型则表明不同围压、固结比情况下心墙料的应变-振级曲线趋势一致,坝壳料较为离散;试验中固结围压对粗骨料阻尼比-应变曲线的影响较固结比大。土石坝筑坝材料的动力特性是进行坝工设计和动力评价的基础,试验可为强震区土石坝的动力稳定评价提供可靠的理论依据。     

北部湾吹填场地海积软土动力特性试验

为探讨不同固结压力、固结比及动荷载频率等条件下夹持厚层软土的动力特性,以广西北部湾吹沙填海场地下伏深厚软土层为研究对象,利用“浸泡-加载”试验装置制备一批不同固结压力和固结比的土样开展GDS动三轴试验,获取海积软土的动应力-动应变曲线、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律。结果表明,在同一动应变条件下,动应力、动弹性模量和最大动弹性模量随着固结压力和动荷载频率的增加而增大,随着固结比的增大而减小;阻尼比和最大阻尼比随着固结压力和动荷载频率增加而减小,随着固结比的增加而增大。基于Hardin-Drnevich公式建立了各影响因素变化下海积软土动弹性模量和阻尼比的数学模型,以期为吹沙填海场地卓越周期的演化特征研究提供数据支撑。     

青藏铁路沿线负温填土长期动力力学特性试验研究

本文通过室内试验和理论分析相结合的研究方法对高原高寒铁路填土的动力力学特性动剪切模量和阻尼比进行了分析。首先,开展了室内固结不排水长期循环三轴试验,分析了不同负温、循环应力比对路基粉质粘土和地基砂土的动剪切模量和阻尼比等动力特性的影响。结果分析发现,对于路基粉质粘土,动剪切模量与温度呈现明显负相关性,且随着循环应力比增大而展现出较明显的增长趋势,阻尼比随着动剪切模量的增长而减小;对于地基砂土,动剪切模量和阻尼比受温度的影响与粉质粘土的响应规律呈现相同趋势,但同在—10℃温度与循环应力比为0.2的条件下动剪切模量的值高出约110MPa,是1.22倍,而阻尼比是0.66倍。值得注意的是砂土的动剪切模量在循环应力比约为1时响应达到峰值,意味着动应力幅值达到围压时,随着循环应力比的增大,动剪切模量呈现减小的趋势而阻尼比则呈现出增大的趋势。随后,在Wichtmann提出的高周循环模型的基础上,建立了对动剪切模量的预测模型,能良好反映动剪切模量在温度和循环应力比影响下随振动次数的响应规律,通过拟合参数w₀反映动剪切模量随循环应力比先增后减的规律,拟合数学关系显示长期振动次数约在13000次以上。最后,基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量和阻尼比的试验结果进行拟合,得到了动剪切模量与阻尼比的函数关系式从而能大致预测阻尼比随动剪切模量变化的趋势及范围,随着归一化剪切模量的增大阻尼比呈现出减小的趋势。     

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。     

漳州软土直接剪切蠕变特性及蠕变参数的研究

为了研究软土蠕变特性与蠕变参数的变化规律,对漳州软土进行不同固结压力下的直接剪切蠕变试验,并通过陈氏法处理蠕变试验数据。结果表明,漳州软土具有非线性蠕变特性,应力水平越高,非线性特征越显著。相同剪应力下,剪切模量G的最大值与稳定值随固结压力的增大而增大;相同固结压力下,剪切模量G的最大值与稳定值随剪应力的增大而减小。瞬时剪切模量G0与长期剪切模量G∞关系可通过G0=a t-b+G∞来确定。粘滞系数随剪应力的增大达到峰值,固结压力越大峰值体现越明显,峰值对应的剪应力也越大,这主要是微观结构随剪应力增大逐渐破损所引起的。得到漳州软土的C∞=6.71 kPa,φ∞=9.66°。剪切模量系数K=(0.424～0.56),长期强度与瞬时强度比值C∞/C=86.3%,φ∞/φ=72.4%,说明工程中需要考虑蠕变影响时,变形与强度参数应采用长期剪切模量与长期强度。研究结果对掌握软土蠕变参数变化规律,快速预测模型参数具有一定理论意义。     

剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度影响的试验研究

通过自行研制的大型恒刚度桩土界面直剪仪,进行6种剪切速率的黏性土混凝土界面剪切试验,探讨剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度的影响规律。结果表明：在黏性土混凝土界面,超孔隙水压力随着剪切速率的提高而增大;法向应力和剪切速率通过影响超孔隙水压力大小,决定黏性土混凝土界面剪切峰值强度和剪切破坏位移的大小;剪应力剪切位移关系曲线由基本一致变化到一定范围内产生偏离,且法向应力和剪切速率越大偏离越显著,并出现明显的应变软化现象;剪切速率从0.4 mm/min增加至5.0 mm/min,黏性土混凝土界面抗剪强度减小幅度增大,摩擦系数减小0.1,有效黏着力的变化介于0.81~5.93 kPa之间。     

饱和软黏土不同固结程度下的抗剪强度特性研究

为了研究饱和软黏土在不同固结度下的抗剪强度特性,利用应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪开展饱和软黏土不同固结程度下的三轴剪切试验研究,对不同围压下不同固结度对土体孔压增量和抗剪强度的影响进行了分析。结果表明:在部分固结不排水剪切试验中,试样的剪前固结程度越低、剪前孔压越大,则剪切引起的孔压增量越小,但总孔压却是越大,不排水强度低。通过归一化,得到了孔压增量和固结度之间的相关关系。     

加筋橡胶砂和非加筋橡胶砂静力特性对比试验

针对土工格室加筋后的橡胶砂研究的缺乏,对此加筋橡胶砂进行了直剪和固结变形对比试验研究。分别针对橡胶颗粒质量分数为20%和30%的2种配合比的橡胶砂进行了研究,得到了剪应力-剪应变曲线、竖向位移-剪切位移曲线以及固结压力-沉降曲线。试验结果表明:土工格室加筋使得橡胶砂的强度有较大提高,且对粘聚力的提高明显,对摩擦角的影响较小;土工格室加筋能显著降低橡胶砂的剪胀和剪缩变形,能显著减少橡胶砂的竖向压缩变形;橡胶砂的橡胶颗粒含量越大,加筋效应越明显。     

不排水强度随固结度增长特性试验研究

土体的固结程度对土的强度影响很大,采用等应变速率的直剪仪研究了饱和高岭土在各级固结压力作用下的直剪强度随固结度的变化规律,研究表明:各级固结压力下的直剪强度均随固结度的增长呈近似线性增长。利用微型十字板剪切仪研究了各级固结压力作用下的微型十字板强度随固结度的变化规律,同时考虑到尺寸效应的影响,研制了配合微型十字板剪切仪使用的小直径固结仪,研究表明:微型十字板强度同样随固结度的增长而呈线性增长;将以上两种试验结果进行比较分析,发现具有很好的一致性,验证了用微型十字板剪切仪来研究饱和软粘土抗剪强度变化规律是可行的。     

基坑开挖过程中软土性状若干问题的分析

通过对基坑工程中主动区和被动区土体的应力路径、应力状态、土的不排水抗剪强度和孔隙水压力变化规律的讨论,几个模糊概念得到澄清．研究表明：基坑开挖过程中无论主动区还是被动区都处于卸荷状态;土体抗剪强度在不同区域、不同加载阶段是不同的．在同一固结压力下,不排水抗剪强度是卸荷抗剪强度的2倍．在模拟基坑工程应力路径的三轴室内试验研究基础上,发展了一个孔隙水压力公式．根据常规三轴试验得到的抗剪强度和孔隙水压力系数变化规律可确定不同应力路径下的土体抗剪强度．     

基于神经网络模型的预拌流态土剪切特性研究

为充分利用工程弃土，将其与固化剂和水充分拌和，制备一种回填后无需压实且工程性质良好的新型填筑材料。依托南京某基坑肥槽回填工程，对不同配比的预拌流态土进行直剪试验，研究预拌流态土的剪切特性，基于神经网络模型开展了预拌流态土剪应力-剪切位移预测研究。结果表明：预拌流态土剪应力-剪切位移曲线类型受水泥配合比、养护龄期和垂直压力影响；预拌流态土的抗剪强度和粘聚力受水灰比、垂直压力、养护龄期、水泥配合比影响；预拌流态土剪应力-剪切位移神经网络预测模型对抗剪强度的预测具有较高的精度。     

Expansive soil-structure interaction and its sensitive analysis

Several groups of direct shear tests of Nanning expansive soil samples were carded out by improved direct shear apparatus. The results of the characteristics of the ultimate shear stress and residual shear stress at the interface of expansive soil-structure are presented as follows： linear relation can approximately reflect changes between the both shear stress and the three factors： vertical load, water content and dry density, just different degrees from each other; increasing the vertical load from 25 kPa to 100 kPa （up by 300%） can cause the average increase of ultimate shear stress from 58% （for samples with 1.61 g/cm^3） to 80% （for samples with 1.76 g/cm^3）, and an close average increase of 180% for the residual shear stress; increasing the water content from 14.1% to 20.8% （up by 47.5%） can cause the average decrease of the ultimate shear stress from 40% （for samples with 25 kPa） to 80% （for samples with 100 kPa）, and the average decrease from 25% （for samples with 25 kPa） to 30% （for samples with 100 kPa） for the residual shear stress; increasing the dry density from 1.61 g/cm^3 to 1.76 g/cm^3 （up by 9.3%） can cause the average increase of ultimate shear stress from 92% （for samples with 25 kPa） to 138% （for samples with 100 kPa）, and an average increase of 4% for the residual shear stress. Sensitive analysis was further made to explain reasons causing the differences of the both shear stress induced by the three factors.     

Shear behavior of ultrafine magnetite tailings subjected to freeze-thaw cycles

To study the shear behavior of the ultrafine magnetite tailings subjected to freeze-thaw cycles,unconsolidated-undrained shear tests were conducted on ultrafine-grained tailings that were subjected to 1–11 cycles of freeze-thaw and defined as a type of clayey silt under confining pressures of 100, 200,and 300 kPa. Taking the number of freeze-thaw cycles, cooling temperature, initial dry density, and moisture content as the four main influencing factors of shear behavior of the tailings samples, the shear stress-strain curve, compression modulus, failure strength, cohesion, and internal friction angle were measured. The results show that the freeze-thaw cycle has an obvious weakening effect on the shear behavior of the tailings material, and the shear mechanical parameters are affected by a combination of confining pressure, freeze-thaw cycle condition, and initial physical-mechanical properties of the tailings samples. Through the microstructural analysis of the tailings samples subjected to freeze-thaw cycles, it shows that the freeze-thaw cycle mainly affects the porosity, bound water, and arrangement of the tailings particles. Subsequently, the macroscopic changes in shear strength indexes emerge, and then the stability of the tailings dam will decrease.     

应力条件下室内土样的剪切波速试验

利用自行设计的室内土样剪切波速简便试验装置与测试方法对土样进行不同应力条件下剪切波速的测试.研究表明:剪切波速与土体的密度具有良好的相关性;剪切波速随含水量(大于20%)的减小而增大;当应力≤300 kPa时,剪切波速随压力的增大而大幅增值;应力>300kPa时,剪切波速增长缓慢.