干砂饱和砂小应变剪切模量共振柱弯曲元对比试验研究

通过对2种洁净的干砂与饱和砂进行弯曲元与共振柱对比试验研究,得出了可靠的弯曲元剪切波传播时间确定方法,并对饱和砂土弯曲元与共振柱试验结果的偏差进行解释。不同频率激发信号对弯曲元剪切波速传播时间的研究证实,剪切波速随激发频率的增大而增大,采用激发频率为10kHz的初达波法与共振柱试验得到的结果具有较好的一致性。饱和砂土弯曲元与共振柱试验剪切波速结果相差6%～10%,可通过饱和砂土中剪切波速的弥散性对其进行解释。大部分洁净砂在弯曲元试验中激发频率一般大于特征频率,均需考虑剪切波速的弥散性。而对于天然砂土或粉土一般具有较高的特征频率,其弯曲元试验中一般不考虑剪切波速的弥散性。为洁净砂和天然砂土饱和土样的弯曲元测试提供有效方法。     

含水率对原状黄土小应变剪切模量影响的试验研究

土的小应变剪切模量及其衰减模式是分析评价土体对地震、工程施工等振动响应的重要依据。开展了不同含水率原状黄土的共振柱试验,分析了含水率和围压对黄土小应变剪切模量的影响。结果表明：含水率和围压对原状黄土剪切模量及其衰减模式影响显著。在同一含水率下,剪切模量随围压增大而增大,而含水率增加则导致剪切模量减小,并且围压越小,含水率越高,剪切模量随剪应变增长衰减越快。根据试验结果,分析了Hardin公式中拟合参数A,n与含水率之间的关系,并建立了考虑含水率的修正Hardin公式预测原状黄土最大剪切模量Gmax。     

水泥土小应变动力特性试验研究

通过GDS共振柱,研究了不同围压、不同掺和比对水泥软黏土小应变动力特性(动剪切模量和阻尼比)的影响,得到了水泥软黏土小应变动力特性的变化规律。随着应变幅值的增加,动剪切模量逐渐衰减。最大动剪切模量随有效围压的增大而线性增大;在相同应变水平下,随着水泥土掺和比增大,有效围压对动剪切模量的影响逐渐减小。随着应变幅值的增加,阻尼比逐渐增大。相同应变水平下,试样的阻尼比随有效围压的增大而有轻微地减小。水泥掺和比对阻尼比的影响较小,随着水泥掺和比的提高,相同应变水平下试样的阻尼比有略微地升高。与动剪切模量相比阻尼比对有效围压和掺和比的变化不敏感。     

钙质砂小应变初始剪切模量试验研究

砂土的初始剪切模量Gmax是反映土体刚度的一个重要的力学参数.利用多方向的弯曲元测试技术,对取自波斯湾人工岛礁的钙质砂小应变初始剪切模量进行研究,分析了不均匀系数Cu、平均粒径D50及应力历史对钙质砂水平(GHH)和垂直平面(GHV和GVH)上剪切模量的影响.结果 表明:各向同性固结下,钙质砂的Gmax各向异性显著,表...     

土体剪切模量和阻尼比的试验对比研究

在不同固结压力下分别对原状粘性土样、扰动粉土样和砂样进行了共振柱和动单剪试验，用修正的Hardin—Dmevich模型对共振柱试验结果进行拟合，得出剪应变大于10^-4时的剪切模量和阻尼，用此结果与振动单剪仪结果对比发现拟合较好。     

宁波浅层软土小应变硬化土模型参数试验研究

小应变硬化土模型（HSS模型）因能考虑土体小应变特性，所得数值模拟结果通常更接近于实测值，因此在数值分析中得到广泛应用。目前，关于软土HSS模型参数的研究，主要集中在上海地区，其它地区的研究成果较少。通过室内试验方法对宁波地区的浅层软土进行HSS模型参数的取值研究，并与现有文献的统计成果进行对比，结果表明：大部分HSS模型参数的试验值处在统计范围之内，说明宁波浅层软土与其它地区的软土有其共通性；个别参数的试验值不在统计范围之内，说明宁波浅层软土亦有其地区差异性。     

砂土剪切模量测定的弯曲元、共振柱和循环扭剪试验

利用弯曲元、共振柱和循环扭剪试验联合测定了不同围压和密实度条件下干砂的小应变剪切模量,研究了弯曲元试验中输出信号的特性和各种信号分析方法确定剪切波传播时间的可靠性,并对比了不同试验的结果。研究结果表明,在共振柱试验时,需要考虑系统刚度对试验结果的影响,特别当试样刚度较大时。弯曲元输出信号中最先到达的是近场效应,其初始极化方向跟剪切波相反。近场效应随着输入频率的增加有一定程度的减小,但不会消失。实际试验中建议输入频率不断增加,直至输出信号比较稳定。值得注意的是,剪切初达波的振幅可能远小于后续振动,因此容易造成初达波的误判。时域初达波法能比较可靠准确地确定剪切波的传播时间,波峰法、交互相关法和交互功率法结果均随输入频率有较大波动,不能可靠地确定剪切波的传播时间。对比试验表明,弯曲元、共振柱和循环扭剪试验确定小应变剪切模量对细砂和粗砂均吻合良好,初步表明砂土粒径对不同试验方法结果的一致性没有影响。     

室内和现场测试最大动剪切模量差别的试验研究

采用共振柱试验法和现场波速法,研究室内和现场测试最大动剪切模量差别的原因。选取两个典型的场地现场测试剪切波速并钻孔取样,对土样分别进行室内均等固结试验和非均等固结试验,并把室内试验结果与现场波速测试得到的最大动剪切模量进行对比分析。结果表明,固结比对土的最大动剪切模量有很大的影响,与室内均等固结试验结果相比,考虑实际固结比的非均等固结试验结果和现场波速法得到的最大动剪切模量更为接近。因此,固结比也是造成实验室和现场测试土最大动剪切模量之间明显差异的重要原因之一。     

小应变下舟山海相软土动剪切模量与阻尼比试验研究

以舟山海域海底原状海相软土为研究对象,利用GDS共振仪对各深度范围土样在不同围压下进行了一系列动力试验,得到了各深度范围土样在不同围压下动剪切模量和阻尼比随动剪切应变的变化趋势。试验结果表明:1×10-6~1×10-2应变范围内深度对舟山海相软土动剪切模量和阻尼比的影响不太明显;随着动剪应变的增加,动剪切模量逐渐衰减,阻尼比逐渐增大;围压对动剪切模量比G/Gmax和阻尼比D/Dmax的影响比较明显,围压越大G/Gmax越大,阻尼比D/Dmax越小。通过理论分析采用修正的Hardin-Drnevich模型给出其归一化动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化关系曲线,并且给出了舟山海域海相软土G/Gmax和D的推荐值以及与规范值、袁晓铭推荐值加以比较。试验及分析结果加深了对舟山海域海相软土动力特性的认识,也进一步为海洋底盘工程建设提供了可靠的动力学参数。     

土体小应变条件下紧邻地铁枢纽的超深基坑变形特性数值分析

 以上海地区一紧邻地铁枢纽的超深基坑工程为分析对象,考虑土体的小应变刚度特性,建立地铁区间隧道和邻近基坑的二维有限元分析模型,探讨土体小应变条件下超深基坑的变形特性。算例分析表明,考虑土体小应变刚度特性可以显著减小超深基坑的变形,计算结果与实际情况更为吻合。对于紧邻地铁枢纽的超深基坑,开挖顺序对于基坑变形也有着显著影响,在同样的计算模型下,先开挖大基坑再开挖紧邻地铁枢纽的小基坑,可以明显地减小超深基坑的变形,这与上海地区已有的工程实践经验是一致的。所获得的结论对于紧邻地铁枢纽的深基坑工程设计与施工具有重要参考价值。     

循环振动对饱和粉土初始动剪模量的影响

初始动剪模量是土体多种结构性因素的综合反映,除固结压力和孔隙比(密度)这两个主要因素外,还受循环振动影响。以往对该因素的研究偏重于干砂,且预振时施加的剪应变幅多低于10-3;对于饱和土体,尤其是对经受过较大振幅振动后土体初始动剪模量的研究十分有限。本文利用安装弯曲元的动三轴仪,在等向固结条件下对不同相对密度的饱和粉土进行不排水循环三轴试验,同时监测试样的剪切波速,获得循环动力加载过程中土的初始动剪模量。为保证试验结果的可靠性,同时进行了共振柱试验,比较确定弯曲元接收信号的到达点;评估了不同孔压发展程度下试验暂停时间对测试结果的影响。结果表明:在一定次数大振幅循环荷载作用下观察到初始动剪模量有别于相同应力下固结后得到的模量值,出现附加衰减或增长,正是循环荷载作用下土微观结构变化的外部宏观表现。这种附加变化由土颗粒接触行为决定,受到试样初始条件和振动幅值等多种因素的影响,表现出不同的变化模式。     

小应变原岩状态下应力路径旋转对剪切模量的影响

以重塑土经K 0固结形成的试样为试验对象,采用英国GDS公司生产的STDTTS+UNSAT(7 kN/1700 kPa)型号高级应力路径三轴测试系统,研究了在小应变范围内应力路径旋转对土体剪切模量的影响以及剪切模量随应变变化的趋势。研究表明,在小应变范围内,剪切模量的初始值随试验应力路径与近期应力历史间的夹角θ的增大而增大,当两者完全相反时,应力路径旋转对土体在小应变条件下的剪切模量影响最大;完全一致时,其影响最弱。而且,在小应变范围内,割线剪切模量总是大于切线剪切模量;当剪切应变采用对数坐标表示时,剪切模量随着剪切应变的增加而衰减,且衰减的规律都可以表示为带有两个拐点的反S型曲线,经分析验证本文所得公式3可以对此特性进行很好地反映;但应力路径、应变范围不同其衰减幅度不同。     

台湾西部外海回填土壤剪切模量与阻尼比之研究(英文)

本研究采用云林外海的土壤进行共振柱试验，以求得回填土壤之剪切模量与阻尼比。试验资料正规化（Ｇ／Ｇｍａｘ）与剪应变振幅（γ）关系曲线位于Ｓｅｅｄ和Ｉｄｒｉｓ所建议曲线的上限范围，而阻尼比与剪应变振幅关系曲线则位于其下限范围。采用Ｓｅｄ和Ｉｄｒｉｓ评估土壤剪力数模的方式，建立不同细粒含量回填土壤于不同相对密度下，所对应的Ｋ２值之相关图表，以提供作为回填造地工程规划之参考。同时本研究利用静力三轴试验结果，以弹性理论推求于轴应变为１％时所对应之偏应力与最大剪切模量具有相关联性。利用本研究所建立之回填土壤动态特性相关评估方式及图表可作为回填土壤造地时有关承受动态荷重基础及结构物之参考。     

干砂最大剪切模量的共振柱与弯曲元试验

对德国 4 种干砂试样进行了共振柱与弯曲元对比试验,旨在分析弯曲元法测定砂土最大剪切模量时存在问题和解决方法。研究表明：时域初达法判定的剪切波传播时间较其他方法具有更好的稳定性;弯曲元试验测定最大剪切模量输入电压脉冲频率的减小而减小,衰减程度因砂土类型而异,该影响随围压的增大而减弱;对比分析表明,弯曲元与共振柱试验测定的最大剪切模量具有良好的线性关系,对柏林砂和不伦瑞克砂,存在一个临界最大剪切模量,小于该临界值时,弯曲元测值大于共振柱测值,而大于该临界值时,前者小于后者,两者差值随土样刚度增大而增大。对比研究指出,弯曲元试验尽可能采用合适高频脉冲电压作为激发电压,实践中应事先与共振柱试验进行对比。     

Impact of hydraulic hysteresis on the small strain shear modulus of unsaturated sand

The results of previous studies on silt and clay indicated that variations in the small strain shear modulus, G_max, during hydraulic hysteresis had a non-linear increasing trend with matric suction, with greater values upon wetting. However, due to differences in material properties and inter-particle forces, a different behavior is expected for the G_max of unsaturated sand. Although considerable research has been devoted in recent years to characterizing the behavior of the G_max of sand during drying, less attention has been paid to the effect of hydraulic hysteresis on G_max and its variations during wetting. In the study presented herein, an effective stress-based semi-empirical model was developed to predict the variations in the G_max of unsaturated sand during hydraulic hysteresis. The proposed model incorporated the impact of the possible changes in volume through an empirical void ratio function as well as the effect of the degree of saturation through the use of suction stress. The effective stress was also defined using the concept of suction stress. The efficiency of the proposed model was evaluated by comparing the model predictions with the results of an experimental testing program involving the measurement of the G_max of sand with different grain size distributions during hydraulic hysteresis. Specifically, a suction-controlled triaxial testing device, equipped with a pair of bender elements, was used to define the hysteretic trends in G_max for different values of mean net stress. The model was found to provide satisfactory predictions of the trends in G_max with matric suction, as well as its peak value and the suction corresponding to the occurrence of the peak G_max. It also provided satisfactory predictions of the variations in G_max upon subsequent wetting.     

季冻区典型土类动剪切模量阻尼比计算方法

采用专门设计的低温共振柱仪进行试验研究,研究典型土类动剪切模量阻尼比随负温的变化规律及计算方法。提出温度影响系数的概念,并以较为符合实际的固结压力和冻结过程,完成了黏土、粉土与砂土在常温及不同负温下的动力试验,给出了这3种典型土类不同负温下初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比的计算公式。结果表明:无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数函数变化,均在0℃到-6.0℃快速变化之后趋于平缓,但变化程度和修正公式中的参数均与土类有关;随温度降低,3种土类初始剪切模量增长十分显著,完全冻结黏土、粉土和砂土分别为常温土初始模量的50倍、25倍和13倍;随温度降低,3种土类参考剪应变降低十分显著,但完全冻结后3种土的动剪切模量降低程度接近;随温度下降,3种土类最大阻尼比均显著减小,完全冻结后的黏土最大阻尼比降幅最大,砂土降幅最小,粉土居中。3种典型土类负温下动剪切模量阻尼比修正公式,其反映的现象和规律与国际上近期成果定性相符。     

福州市区粉质黏土动剪切模量与阻尼比试验研究

通过共振柱试验给出福州市区粉质黏土在动荷载作用下的剪切模量G、阻尼比λ,详细探讨了应变幅值γ、固结应力对试验结果的影响。结合理论分析,给出福州市区粉质黏土G/Gmax和λ随γ变化的拟合曲线及其参数,并与推荐值和规范值进行对比。结果表明:①G/Gmax-γ关系中,规范值给出的G/Gmax最低,试验值最高;在大、小剪应变时,试验值、规范值、推荐值三者给出的数值相近,但在中等剪应变时,三者相差较大,如在剪应变γ为10-4时,试验值和推荐值相差近5%,试验值和规范值相差近20%;②λ-γ关系中,试验值最大,推荐值和规范值相近,在剪应变γ为10-4时,三者阻尼比相差近50%,说明黏性土阻尼离散性较大。试验成果对本地区和东南沿海相似地质环境地区实际工程具有一定的借鉴作用。     

负温对土动剪切模量阻尼比的影响规律

 以我国引进的首台低温共振柱仪为依托,研究不同负温下冻结土的初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比非线性曲线的变化规律和模式。对低温共振柱仪试验技术进行研究,结果显示,采用常温试验方法进行低温共振柱试验,会导致结果离散过大,通过试验确定围压介质、冻结时间等试验条件和参数。同时,采用更符合客观实际的围压、固结和冻结方式,以粉土为样本,在室温和不同负温下进行对比试验。结果表明：负温对土的初始模量和剪切模量比影响显著,0 ℃～－4.0 ℃为敏感段,－4.0 ℃后为平稳段;敏感段内,随负温增加,初始剪切模量呈Boltzmann函数形式急速增加,参考剪应变则呈Boltzmann函数形式迅速下降,平稳段上,二者随负温增加分别平稳上升和下降;负温下阻尼比曲线在剪应变小于一定值时高于常温曲线,而在大于该应变时常温试验曲线则超过负温曲线;负温对最大阻尼比有较大影响,随负温增大,最大阻尼比呈指数形式降低。该试验采用专门的低温共振柱仪完成,围压、固结和冻结条件更接近客观实际,得到的负温对土动剪切模量阻尼比的影响模式更真实可靠,可为季冻土区抗震规范中设计谱修正以及季冻土区重大工程抗震设计中获得合理地震动输入提供依据。