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。     

考虑竖向地震动下模量比和阻尼比简化公式

为了满足抗震规范和工程应用上的需要,提出便于工程应用的简化计算方法来考虑竖向地震动对动剪切模量和阻尼比的影响非常必要.根据考虑竖向地震动对土体最大剪应变相对增量影响的回归方程,建立考虑竖向地震动与土体动剪切模量比和阻尼比变化之间的简化计算公式.分析结果可以看出,加竖向地震动后使动剪切模量比减少,阻尼比增大,而无论增大还是减小都是非线性的,随剪应变幅值的增大,加竖向后模量比减小百分比逐渐变大,阻尼比增大百分比逐渐变小,随输入加速度峰值增大,影响也越大.竖向地震动对动剪切模量比在小应变时影响不大,大应变时影响较大,减小百分比最大可达17%,竖向地震动对阻尼比在大应变时影响不大,小应变时影响较大,增大百分比最大可达16%.     

共振柱试验机试验误差分析

针对常规土类试验和刚性试件试验,建立了固定-自由式共振柱试验机的动剪切模量误差、应变误差和阻尼比误差计算公式,得到了几种主要影响因素和其对试验误差影响程度的定量认识.分析发现:试件动剪切模量相对误差与测试频率本身标准值无关;试件类型的不同对动剪切模量相对误差的影响可忽略不计;对于常规试验,频率的相对误差和高度的相对误差对动剪切模量相对误差影响较大,同比条件下是其他参数的两倍;对于刚性试验,频率的相对误差和修正值的相对误差对动剪切模量相对误差影响较大;应变相对误差与试件类型无关,测试频率相对误差的影响较其他参数的影响大两倍;阻尼比相对误差是个很敏感的参数,对于常规试验小应变时误差较难控制,对于刚性试验误差控制难度更大.     

膨胀土动力学特性变化规律试验研究

利用GDS共振柱试验系统对非饱和膨胀土进行动力特性试验,研究自由膨胀率不同时非饱和膨胀土动剪切模量和阻尼比的变化规律,以及动剪切模量和阻尼比随动剪切应变增加的变化趋势。结果表明:自由膨胀率增大时,非饱和膨胀土动剪切模量随之增大,最大动剪切模量增大,阻尼比也随之增大;随着动剪切应变的增加,非饱和膨胀土动剪切模量减小,但阻尼比随之增加;当剪切应变较大时,动剪切模量随动剪切应变增加而下降的幅度变大,阻尼比的增幅亦变大。     

重塑黏土和原状粉质黏土的动力特性试验研究

试验采用单个空心试样振后固结再振的动扭剪方法与采用多个试样的常规动扭剪方法,针对重塑黏土、原状粉质黏土探讨了不同方法下两种土样的动力特性.试验结果表明:单个试样振后固结再振得到的动剪切模量G、阻尼比ξ与用多个试样的常规动扭剪方法得到的试验结果比较接近,可以认为在小应变下采用单个试样振后固结再振的试验方法是比较可靠的.同时发现卸压时的G随着固结压力的减少而降低,下降的梯度比加压时的小.重塑黏土和原状粉质黏土的G/Gmax～γ和ξ/ξmax～γ基本与试验方法和围压无关,并对模型中有关参数的影响因素做出了初步的探讨,给出了归一化动力变形关系曲线.采用单个试样进行振后固结再振的方法具有节省取样数量和减小试验操作、试样差异等因素对试验结果分析的影响,并且在试验结果可靠的基础上能够提供很多便利.     

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。     

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。     

郑州饱和粉土动剪切模量的试验研究

土的动剪切模量是土动力特性非常重要的参数,动剪切模量与剪应变的关系是研究土动力特性规律的必不可少的内容之一。动剪切模量和动剪应变的关系模型可以用来描述土的动应力-动应变关系。试验选取郑州市粉土作为试验土样,并制备重塑土样,在不排水条件下使用GDS共振柱仪对饱和粉土进行动力试验,测得土样在10-6~10-3小应变范围内的动剪切模量与动剪应变。进而选用H-D模型和Davidenkov模型,对试验数据进行拟合回归分析,结果表明,Davidenkov模型能更好地描述郑州饱和粉土的动剪切模量比(G/Gmax)与动剪应变(γ)的关系。该研究可为粉土动力模型的选取和地震分析提供一定的参考依据。     

长平高速公路典型原状粉质粘土静动力学特性

为了研究长(春)-(四)平高速公路路基典型原状粉质粘土静、动力学特性,分别进行了不同围压条件下固结不排水静三轴试验和共振柱试验．结果表明:长期运营后,公路路基原状粉质粘土的静、动力学性能与其先期固结状态有关;随着围压的增加,土体静强度增加,最大弹性模量增大;最大动剪切模量、参考剪应变幅值与固结围压呈线性增加关系;而最大阻尼比和阻尼比拟合参数随围压的升高而变化甚微．据此,给出了长平高速公路路基不同断面原状粉质粘土修改后的邓肯-张模型参数,以及最大动剪切模量、参考剪应变幅值最大阻尼比和阻尼比拟合参数的推荐值．     

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。     

武广客运专线非饱和红粘土 动三轴试验成果及分析

从武广客专线有代表性的红粘土地段——泉口、咸宁钻孔取样，并对其进行了动三轴试验及分析，获得了这2个工点的非饱和红粘土在不同固结比、不同围压条件下的动剪应力-破坏震次的关系曲线、动应力、动剪强度指标、动弹性模量及相关试验常数，这对武广客运专线非饱和红粘土地段的设计具有参考作用。     

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。     

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.     

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。     

砂土动剪切模量比和阻尼比共振柱试验误差研究

为掌握动剪切模量比和阻尼比非线性试验误差及现有共振柱试验水平,设计了普通与高级两组典型试验,采用单台共振柱仪研究了砂土动剪切模量比和阻尼比试验误差的分布特征和基本规律.试验和分析结果表明:两类型组动剪切模量比和阻尼比非线性试验数据在不同剪应变特征点均服从正态分布,且离散性指标均呈现出一致的规律性;两类型组试验均值十分接近,但普通组的置信区间明显大,其变异系数是专业组的5倍;无论普通组还是专业组,模量比变异系数明显小于阻尼比变异系数.就目前共振柱试验水平而言,技术熟练试验人员所完成的砂土动剪切模量比和阻尼比的试验精度一般可以满足要求,其他情况下试验误差不可忽视,需增加平行试验次数,提高试验技术.     

电厂粉煤灰筑坝的动力特性试验研究

利用振动三轴仪对饱和粉煤灰的动模量、阻尼比和动强度进行了试验，研究了动应变、固结压力、试样密度、初始剪应力等影响因素。试验结果表明，动模量随动应变增减成倍成量级增减，并随固结压力、试样密度、初始剪应力增减而增减，阻尼比随应变增大而增大。抗液化强度固结压力、试样密度、初始剪应力的增加而增加，但初始剪应力的增加量是有一定限度的。试验结果可用于工程计算、类似土体及工程借鉴。     

天津市原状饱和土的动力参数特征

通过天津市区５种原状土振动三轴试验结果,采用数学归纳法着重分析了天津市区范围内,具有代表性的５种土：砂土、粉土、粉质粘土、粘土、淤泥质土的动力参数特征,并给出５种土性在不同埋深处的剪切模量和阻尼比随剪应变的关系曲线．     

武汉原状粉质黏土与其重塑土的试验对比研究（I）：试验结果描述

以武汉沙湖粉质黏土为研究对象,首先借助于高压固结仪,对重塑土和原状土进行了室内侧限的固结试验;其次利用改进的应力控制式常规三轴仪,在不同的加荷路径和排水条件下,对重塑土和原状土分别进行了常规三轴试验研究,并对试验资料进行了较为系统的分析．结果表明：1）原状土的侧压力系数约为0．56,超固结比约等于1．2,为弱超固结土体,其结构屈服压力稍大于其前期固结压力;2）原状土初始的切线模量及其抗剪强度均高于重塑土相应的值;3）在固结排水条件下的三轴剪切试验,原状土的剪胀量要小于重塑土的剪胀量,但在固结不排水条件下,原状土体的剪胀趋势却明显要高于重塑土的剪胀趋势．