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。     

建筑物下珊瑚砂地基动力响应振动台模型试验研究

随着岛礁建设的快速发展,珊瑚砂地基抗震安全尤为重要。为揭示珊瑚砂地基和建筑物地震响应特性,开展了地震动作用下不同密实度的可液化珊瑚砂地基上3层框架结构的振动台模型试验,对孔隙水压力、加速度、位移和动应变等动力响应进行测试和分析,并与可液化石英砂场地进行对比。结果表明,相同相对密实度和相近颗粒级配下,珊瑚砂场地相比石英砂场地更难以液化。两种砂场地液化程度均随埋深增大而减小,随与建筑物距离增大而增大。液化后的珊瑚砂场地模型地基相比石英砂场地仍然具有一定的剪切传递能力,这种差异随地基埋深的增加逐渐减弱。珊瑚砂场地液化后建筑物倾斜度、最终沉降和立柱动应变相比石英砂场地均较小。不同相对密实度的珊瑚砂与石英砂场地液化性能存在一定的差异。     

饱和粉土液化及液化后力学特性试验研究

对饱和粉土进行了一系列动三轴液化及液化后试验,即进行饱和粉土液化试验及在饱和粉土液化后孔隙水压力进行了不同程度消散后,再进行三轴剪切试验。探讨了饱和粉土的液化特性以及液化后孔压消散程度对液化后粉土力学特性的影响规律。试验结果表明:饱和粉土的抗液化强度随着所施加动应力幅值的增大而减小;液化后饱和粉土孔压消散程度越大(即再固结程度越大),则液化后粉土的不排水抗剪强度越大,其应力应变关系曲线表现为应变硬化型,土体的切线模量随着应变的增大而减小;液化后粉土的孔压进行了不同程度消散后,再进行的三轴剪切试验中应力应变关系呈对数曲线关系。     

珊瑚碎屑钙质砂的抗剪特性

珊瑚碎屑钙质砂是海洋沉积物中的一种,其强度低、形状不规则、内孔隙多和易破碎等性质和普通石英砂有很大差异。通过对取自南沙群岛永暑礁附近海域的钙质砂进行大型剪切试验,分析得到轴压、剪切速率和级配对钙质砂力学特性的影响。试验结果表明,钙质砂的抗剪强度在达到峰值之后都会出现应变软化现象,随后略微增长并且达到稳定。随着剪切速率的降低和轴压增大,试验土体的抗剪强度持续增加,出现的颗粒破碎增多,土体的剪胀量减小;随着级配粗颗粒的增加,土体的最大抗剪强度和颗粒破碎持续增加,并且在P5=65.14%情况下达到峰值,之后随着粗颗粒含量的增多而降低。     

细粒含量对饱和珊瑚砂动力变形特性影响试验研究

为了满足南沙珊瑚岛礁及近岸军事与民事功能设施建设对珊瑚砂动力特性参数的急迫需要,系统而深入地研究珊瑚砂动力变形特性已是一项紧迫的科学任务。利用共振柱对取自南沙群岛某岛礁的珊瑚砂开展了系列动剪切模量和阻尼比特性试验研究,探究相对密度D_r、初始有效围压σ’_m、细粒含量F_C对南沙珊瑚砂动力变形的影响。试验结果表明:反映σ’_m对最大动剪切模量G_max影响程度的应力指数n是与土性相关的常数;结合文献中3类砂类土的G_max试验数据,发现随等效骨架孔隙比e_sk~*的增大各砂类土的应力修正最大动剪切模量G_max/(σ’_m/p_a)~n单调减小,且两者呈现较好的幂函数关系;在同一应变水平下,珊瑚砂动剪切模量G随Fc的增大而减小,随D_r、σ’_m的增大而增大;当剪应变γ<10^-4时,F_C、D_...     

不同应力路径下钙质砂力学特性的排水三轴试验研究

钙质砂的力学性质既有强度低、易破碎的特点,又有应力路径依附性的特性。为了研究不同应力路径对钙质砂的颗粒破碎和力学性质的影响,对不同固结压力的钙质砂进行了5种应力路径下的排水三轴压缩试验。结果表明:不同应力路径对钙质砂的应力–应变关系、抗剪强度和颗粒破碎特性有较大的影响。相同固结压力下,等轴向应力试验的剪胀现象最为明显,颗粒破碎率最小,峰值内摩擦角最大;等围压试验的剪胀现象最不明显,颗粒破碎率最大,峰值内摩擦角最小;等平均主应力试验的这些性质介于上述两种试验之间。等主应力比和等向固结试验在加载过程中主要表现为试样的体积压缩,因此与另外3种应力路径试验差别很大。不同应力路径对钙质砂应力–应变关系和强度的影响,除了砂土具有应力路径依附性的特性外,主要来自于应力路径和固结压力的不同产生的颗粒破碎程度不一致造成的影响,使得在不同的应力路径试验中钙质砂的力学性质表现出更大的差异。     

MICP胶结钙质砂动力特性试验研究

以南海某岛的钙质砂为材料进行微生物(MICP)胶结加固,通过动三轴试验和SEM微观结构试验,研究了MICP胶结钙质砂在不同胶结程度和不同动应力水平下的动强度、动变形、动孔压、有效应力路径的发展规律和MICP胶结的微观机理。结果表明:通过MICP胶结的钙质砂动剪应力比和抵抗变形的能力得到明显提高,这表明MICP胶结作用能显著改善钙质砂抗液化能力。MICP胶结钙质砂的孔压发展可以分为4个阶段:初始阶段—稳定发展阶段—快速发展阶段—完全液化阶段,当孔压发展到快速阶段末期,孔压曲线出现凹槽,试样开始失稳,最后发生破坏。整个振动循环过程中土体的变形和强度变化与有效应力路径和孔压的发展密切相关,当试样发生破坏时,有效应力路径表现出循环活动性。MICP胶结作用生成了方解石结晶包裹在砂土颗粒表面或填充于砂颗粒之间,这改变了土体的性质,使得土体的黏聚力和内摩擦角均有所提高。     

地震P波和S波耦合的变围压动三轴试验模拟

地震发生时,尤其是直下型地震发生时,P波对场地土体的作用不可忽略。通过变围压动三轴设备施加的特殊应力路径, 模拟了P波和S波耦合对饱和软黏土动力特性的影响,即循环剪应力和循环正应力耦合对饱和软黏土动力特性的影响。试验结果表明：变围压动三轴试验得到的包括循环剪应力和循环正应力的应力路径可以较好地模拟P波和S波的耦合作用;循环剪应力和循环正应力的相位差对饱和软黏土的动强度有较大的影响,当相位差为180°时,土体的动强度最低,当相位差为0°时,动强度最高;随着循环正应力幅值的增大,土体的动应变发展速度与常规恒定围压动三轴试验下的动应变发展速度相比,差距逐渐增大。这些发现一方面表明强震过程中P波的作用不可忽略,另一方面表明,在某些情况下,常规恒定围压动三轴试验高估了饱和软黏土的动强度,对抗震设计不利。     

各向异性固结下饱和珊瑚砂的不排水循环反应特性

珊瑚砂是海洋成因的碳酸盐土，碳酸钙含量大于90%,由于其赋存条件特殊，波浪与地震作用导致珊瑚砂的循环应力状态异常复杂。为探究复杂静、动应力状态下饱和珊瑚砂的不排水循环反应特性，利用GDS空心圆柱扭剪仪对南沙珊瑚砂开展不同固结条件下90°跳转循环应力路径的系列不排水循环剪切试验。试验结果表明：各向异性固结条件下，超静孔压u_e和广义剪应变γ_g的增长速率随固结方向角α_c的增大而显著增加，而随固结比k_c的增大而显著降低。在相同固结条件下，u_e和γ_g的增长速率随循环加载方向角α_σ的增大表现出先增后减的趋势。提出循环偏应力比q_a/S_PT(循环偏应力幅值q_a与不排水单调剪切试验得到的相变强度S_PT之比)作为循环应力水平指标，不同的固结条件和循环加载路径下，饱和珊瑚砂的抗液化强度曲线有唯一性，且q_a/S_PT与失效循环次数...     

珊瑚砂液化后再固结体应变试验研究

南海岛礁建设作为我国"海上丝绸之路"的战略工程,其上覆建构筑会遭受波浪、地震等环境循环荷载,地面沉降将会产生严重的地震灾害.利用GDS三轴仪,研究了珊瑚砂动加载液化后的再固结体应变的变化规律.试验结果表明:珊瑚砂液化后再固结体应变随着有效围压的增加、颗粒级配平均粒径的增加也逐渐增加,而循环应力比对于珊瑚砂的再固结体应变...     

珊瑚砂动剪切模量预测的应变-损伤状态耦合模型

对南海饱和珊瑚砂进行了4类不同加载模式的不排水动三轴试验,研究了不同相对密度Dr和平均有效围压σ'0下加载第一周的动剪切模量比G1st/G0与剪应变幅值γa的关系,G1st/G0受Dr的影响很小,随σ'0的增大而增大。由于分级加载过程中土体结构与相对密度发生改变,在γa3×10-4时,应变控制的分级循环加载获得的G1st/G0-γa曲线位于等应变幅值循环加载获得的G1st/G0-γa曲线的上方。结合两类试验结果,给出了饱和珊瑚砂的G1st/G0-γa模型。基于弹性应变能理论,提出了可以描述土体损伤状态的状态参数Pd(damage parameter),探究了不同加载模式下动剪切模量比G/G0随土体损伤状态参数Pd的发展规律。在双对数坐标中,同一应变幅值下的(1-G/G0)-Pd可用直线表示,其斜率与应变幅值γa和历史加载过程中的最大应变幅值γa,max有关。结合G1st/G0-γa和G/G0-Pd关系,给出了可以同时反映应变幅值和破坏状态影响的珊瑚砂动剪切模量预测模型。     

南宁地铁区域饱和圆砾土大型动三轴试验研究

以南宁地铁区域圆砾层土质为研究对象,对饱和状态下的圆砾土开展了一系列大型排水动三轴试验,分析了相对密实度、动应力幅值和振动次数对饱和圆砾土累积应变、应力–应变滞回圈和孔压的影响。研究表明,饱和圆砾土累积轴向应变?–振动次数N曲线在动应力幅值较小时为稳定型曲线,呈双曲线增长规律,其参数?与初始相对密实度Dr呈线性关系;动应力幅值较大时为破坏型曲线,呈幂函数增长规律。饱和圆砾土应力应变滞回圈形状呈双直线型,其面积在动应力幅值较小时随着振动次数的增加先增大后减小,其割线模量随着振动次数的增加先减小后增大。饱和圆砾土的孔压在动应力幅值较小时随着振动次数的增加先增大再减小,且循环加载后期Dr=0.5试样的孔压大于Dr=0.3和Dr=0.7试样的孔压,这与不同初始相对密实度条件下粗粒土的破碎特性有关。     

初始剪应力对饱和粉土液化特性影响试验研究

为探寻饱和粉土的液化特性,利用GDS空心圆柱仪进行了一系列循环扭剪试验。在初始剪应力τs和循环剪应力τcy共同作用下,试样的最小剪应力τmin=τs-τcy存在3种类型:τmin0,τmin=0和τmin0。试验结果表明:当τmin≤0时,试样的孔压可以达到有效围压,其破坏模式为循环液化;当τmin0时,试样的孔压始终达不到有效围压,其破坏模式为过大的累计应变。饱和粉土的循环强度随着初始剪应力τs与初始有效平均主应力0p′之比值SSR(初始剪应力比)的增加呈现出先减小后增大变化趋势,且SSR=0.1~0.15时的循环强度最低。当SSR≤0.1时,孔压比的发展模式随着循环剪应力比的增加由"快—平稳—急剧"的增长模式向"快—平稳"的增长模式转变;当SSR0.1时,孔压比的发展呈现"快—平稳"的增长模式。     

循环加载频率对砂土液化模式的影响试验研究

为了研究循环加载频率对饱和砂土的液化特性的影响,针对密实度为35%、50%、70%的福建标准砂进行了振动频率为0.05Hz、0.1Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz的循环扭剪试验,并对密实度为50%的珊瑚砂和细砂进行了振动频率为0.1Hz和1Hz的循环扭剪试验。结果表明：无论是松砂还是密砂,其剪胀剪缩特性与加载频率密切相关,在低频荷载作用下表现出显著的剪胀特性,达到初始液化后孔隙水压力波动,土体仍具有抵抗液化能力,呈现“硬化型”液化模式;在高频荷载作用下表现出显著的剪缩特性,达到初始液化后孔隙水压力保持稳定,循环液化模式呈现“软化”特征,珊瑚砂和细砂的孔隙水压力特征和液化模式也同样受加载频率的影响,说明循环加载频率显著影响饱和砂土的剪胀剪缩特性,进而影响液化模式;液化阶段产生的流滑变形大小与加载频率密切相关,低频荷载作用下所产生的流滑变形显著大于高频荷载作用下的流滑变形。     

双向耦合剪切条件下饱和砂土动强度特性试验研究

针对饱和粉细砂,利用双向耦合多功能剪切仪进行了均等固结条件下的循环耦合剪切试验。应用已有的动强度定义,着重研究了双向动荷载的相位差β,双向动荷载的幅值比值λ对砂土动强度及孔压特性的影响。实验结果表明,砂土液化动强度与相位差β及幅值之比λ密切相关,现有的动强度定义在复杂加载情况下具有一定局限性;双向动荷载相位差β以及幅值比值λ对孔隙水压力增长速度影响显著,但对归一化孔隙水压力发展模式没有显著的影响。     

长期循环荷载下珊瑚砂累积变形特性试验研究

对取自南海的珊瑚砂进行等向和K_0固结的三轴排水剪切试验,发现固结路径对珊瑚砂的剪切行为有显著影响。在此基础上,采用K_0固结条件,设计一系列不同围压和循环动应力比的长期排水循环加载三轴试验,研究得到珊瑚砂具有门槛颗粒破碎循环动应力比,安定性理论可用于解释不同动应力比长期循环加载下珊瑚砂的累积变形发展模式。基于静力和动力试验结果,引入相对偏应力水平,建立能反映初始固结状态和循环动应力比的珊瑚砂排水循环加载轴向残余累积应变显式计算模型,对预测循环荷载下珊瑚砂地基长期沉降有积极意义。     

砂雨法制备砂土地基模型控制要素试验研究

为掌握砂雨法制备砂土地基模型相对密实度D_r的主要影响因素,设计加工了包括点式和线式出砂头的成套砂雨装置,讨论了D_r随落距、出砂孔尺寸、出砂头总流量、移动速度的变化规律,分析了D_r空间均匀性分布特征。试验表明：①随落距增大,D_r随之提高,但增速逐渐减缓,可将D_r相对增速K介于±3%所对应落距范围内的D_r均值为稳定相对密实度;②稳定相对密实度与出砂孔尺寸呈线性负相关关系,同一流量下随出砂头移动速度表现出非线性变化特性,出砂头总流量对稳定相对密实度影响不明显;③无论是在水平层面还是沿深度的不同位置,模型箱中部附近的D_r分布均匀性都优于四边和四角处;④一线点式出砂头所制备的砂土D_r与目标值误差较筛孔点式小,具有较好的可控性。     

循环荷载下滨海风积砂孔压发展规律试验研究

利用GDS动三轴试验系统,在不同的基准应变下对福建漳浦滨海风积砂施加不同幅值的等幅循环应变荷载,分析了滨海风积砂在循环应变作用下的孔压发展规律。试验结果表明:滨海风积砂的孔压在初始段迅速增长,之后循环应变幅值不同,孔压有不同的动力响应。小幅值作用下,过渡段大致为“S”发展趋势,后期试样结构崩溃,孔压值迅速达到围压值。密实砂抗液化能力随着基准应变的增大和循环应变幅值的减小而增大,但是中密砂受基准应变的影响很小。根据实验数据建立孔压增长对数模型,模拟结果与试验结果一致性较好。     

微生物处理砂土不排水循环三轴剪切CFD-DEM模拟

微生物诱导碳酸钙沉积是一种新型的地基处理技术,处理后的土体可以看成一种结构性土。首先,在已有三维含颗粒抗转动和抗扭转模型及三维胶结破坏准则的基础上,通过考虑颗粒碰撞接触过程中颗粒本身的塑性变形及率相关性的接触黏滞阻尼,建立考虑循环荷载作用下的三维胶结模型;然后,参考已有研究,建立了反硝化反应在加固砂土中的时效性关系。并引入CFD-DEM耦合程序,用以模拟分析不同胶结含量以及不同气泡含量下,微生物处理砂土在固结不排水循环剪切试验中的力学特性;最后,从宏微观角度分析生物胶结与生物气泡对砂土抗液化性能的影响及其作用机理。研究表明,胶结和气泡共同存在对抗液化能力的提升并没有起到“1+1=2”的效果;胶结的存在提高了非饱和砂土的抗液化能力,明显抑制孔压比和轴向应变的发展,力学配位数得到了提升;而气泡的存在却降低了胶结砂土的抗液化能力,使得胶结砂土达到初始液化的振次减少,轴向应变向受拉方向大幅增长,力学配位数下降明显。     

双向耦合剪切条件下饱和松砂的液化特性试验研究

为了模拟海床及海洋建筑物遭受波浪荷载时所引起的循环应力,进行了一系列均等固结条件下的应力控制式轴向–扭转双向耦合循环剪切试验。加载路径在σd/2-τ应力空间内为椭圆。试验在保证椭圆面积不变的情况下,分别变化竖向和扭转向的荷载分量幅值,以此来探讨双向耦合剪切试验中各个分量的变化对饱和松砂的循环强度特性的影响。试验结果表明砂土在双向耦合荷载作用下,其液化强度与加载椭圆路径的面积和两个荷载分量比值密切相关。当轴向应力与剪应力幅值的比值保持不变时,砂土液化强度随着椭圆面积的增大而降低。而在椭圆面积保持不变时,当竖向与扭转向荷载分量的比值小于某一临界值0.6～0.75时,砂土液化强度随着比值的增加而增大,当竖向与扭转向荷载分量的比值大于某一临界值0.6～0.75时,砂土的液化强度随着比值的增加而减小,在临界值0.6～0.75之间表现出最高的强度。另外,在一个周期内孔隙水压力的循环变化与轴向应力相位一致,与循环剪应力相位相差90。