武汉天然老黏性土的压缩和剪切特性试验研究与数值模拟

武汉天然老黏性土是一种超固结硬黏土 ,在开挖卸载条件下容易产生应变软化 ,经常给深基坑、边坡工程带来不利影响.目前对其超固结性、结构性以及剪切特性等还缺少深入认识.利用高压固结仪和三轴剪切仪对其饱和原状样和饱和重塑样分别进行了压缩试验和三轴不排水剪切试验 ,并且应用上下负荷面剑桥模型对原状样的三轴不排水剪切试验进行了模拟.研究结果表明 :天然老黏性土为一种强超固结的结构性土 ,采用两种方法得到的原状土前期固结压力和结构强度基本一致 ;在低围压下 ,原状样明显表现出应变软化和剪胀性 ,其破裂面易受微裂纹影响;与文献中的天然软土不同 ,天然老黏性土在结构破坏后剪缩并不明显 ;原状样的黏聚力明显高于重塑样 ,两者内摩擦角非常接近 ;采用上下负荷面剑桥模型模拟的原状样应力-应变曲线和孔压曲线与室内试验结果基本一致.     

某高层建筑上下部共同作用数值分析结果探讨

探讨采用不同土体本构模型对高层建筑考虑上下部结构共同作用的受力与变形产生的影响。以一桩筏基础高层建筑为例,采用ＤＩＡＮＡ有限元软件建立了整体三维模型,地基土分别采用传统的Ｍｏ-ｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型及硬化土ＨＳ和硬化土小应变刚度ＨＳＳ两种土的高等本构模型进行了基础及上部结构在自重荷载下的共同作用对比分析。结果显示:采用ＨＳ或ＨＳＳ模型相较Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型,筏板差异沉降较小,致使上部框架柱底轴力出现“中柱卸荷,边柱加荷”的效应不如后者明显;三种模型下框架梁的弯矩在每跨相交处均发生突变,反映了考虑共同作用后,基础的沉降特别是不均匀沉降对上部结构梁和柱的内力分布的影响;筏板和地表的沉降均呈现中间大外面小的碟形分布;Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型因难以准确描述土的应力－应变关系,其数值计算结果与实际会存在较大偏差,而ＨＳＳ和ＨＳ模型具有较高的定量计算精度,在上部结构－基础－地基土共同作用的数值分析中具有良好的应用前景。     

一种新型结构性土三维本构模型

在NAKAI等基于应力张量t_(ij)和修正剑桥模型建立的能够描述中主应力影响且适用于描述正常固结土强度和变形规律的三维本构模型的基础上,通过引入能够描述土体密实度的状态变量ρ和土体黏结效应的状态变量ω,提出了适用于描述结构性土强度和变形规律的新型结构性三维本构模型。这一模型具有以下特点:结构性土三维本构模型在正常固结土的三维本构模型的基础上仅增加一个材料参数的情况下能够较好地描述三维应力状态下试样排水与不排水剪切特性、固结特性、围压对应力路径和应力应变曲线的影响及平均应力、偏应力增大时出现的应力路径可逆性等特点。应用新型结构性土三维本构模型对粉质黏土的固结试验和三轴剪切试验进行模拟计算,验证了其在模拟结构性土特征方面的可行性。     

循环荷载下重塑饱和粉黏土的动—静强度弱化规律研究

选取重塑粉质黏土作为试验土样,采用室内动静三轴试验系统研究循环荷载作用下土体的动静力学特性,动静强度的弱化规律,考虑了围压、频率、固结比、动应力比、循环次数5种因素对动静强度的影响。试验结果表明:承受循环荷载作用后土体与原土体相比总强度可能会增加也可能会降低,剪切时的孔压都会大于原土剪切时孔压。可以统一的是所有承受循环荷载作用后土体有效强度都会降低。通过对强度进行无量纲化处理,引入了动弹性应变和动弹性孔压,确定了动弹性应变与有效强度比,动弹性孔压与有效强度比关系符合指数模型,并提出来适用于衰减系数与动弹性应变,衰减系数与动弹性孔压的对数函数模型。     

砂柱法制样及剪切速率对黏性粗料三轴试验的影响

对砂柱法和常规方法制备的黏性粗粒土三轴试样进行饱和试验,对比其饱和效果,同时为论证砂柱对土体排水效果、应力-应变关系和强度特性的影响,开展砂柱法试样和常规试样在不同剪切速率下的三轴CD剪试验,并讨论剪切速率对试验的影响。试验结果表明：砂柱法配合反压饱和6 h,试样基本饱水均匀;常规试样的速率敏感度较高,随着剪切速率的增大,强度指标φ_d减小、C_d增大,同一围压下,峰值偏应力减小;体应变ε_v与剪切速率呈反比,且围压越大,越不利于土体排水,峰值偏应力减小的幅度越大;剪切速率与E_i呈反比,与B_i成正比,邓肯-张模型参数R_f、k、n、D和F值随剪切速率的增大而减小;砂柱法制备的试样速率敏感度较低,且砂柱法试样在0.3 mm/min剪切速率下具有同常规试样0.03 mm/min剪切速率下相似的三轴应力-应变特征;该方法获取了相近的CD剪强度指标和邓肯张模型参数,同时缩短了试验在饱和-固结-剪切3个阶段的用时,大幅提高了试验效率,具有良好的经济效益。研究结果可为与黏性粗...     

粘性土剪切带与屈服应力的探讨

利用全自动三轴仪,对南京地区典型的粉土、粉质粘土试样进行了固结不排水剪试验,研究具有剪切带性状试样的孔隙水压力随偏应力的变化关系,分析屈服应力、孔隙水压力和土体分叉之间的关系.试验结果表明,孔隙水压力的峰值可以表征土体局部开始屈服,并出现应变局部化的状态.围压的增大会延迟土体分叉,而干密度较大时易出现剪切带.可用土体初始分叉点来确定土体的强度参数.     

粗粒土体变规律大型三轴试验研究

采用粗粒土大型三轴剪切仪,对饱和粗粒土进行固结排水剪切试验,提出了拟合三轴剪切试验中轴向应变与侧向应变的函数方程,利用此关系式对三轴试验中试样的体积应变进行了预测。预测结果表明：改进模型能合理地描述粗粒土的体积应变规律,尤其是高围压下剪缩、低围压下剪胀的特性。由体积应变方程导出以轴向应变为自变量的切线泊松比表达式,通过与邓肯张模型及由数值方法求得的切线泊松比对比,讨论了该表达式的合理性。     

筑坝堆石料的动模量阻尼比试验研究

为研究目前在土石坝工程中遇到的长石砂岩类堆石料的动力特性,采用大型高压多功能静动三轴试验机,对某面板堆石坝长石砂岩类堆石料进行了动模量与阻尼比试验研究。分析了围压对最大动模量、动剪切模量比和阻尼比的影响,并以Hardin-Drnevich 模型为基础,确定主堆石料、过渡料和垫层料3种坝料的动模量和阻尼比等特性参数。试验结果表明:动模量随着动剪切应变的增大逐渐衰减,最大动模量随围压的提高而增大,各种材料的动剪切模量比随着动剪切应变的增大而减小,变化趋势满足Hardin-Drnevich公式,有效固结围压越大,动剪切模量比随动剪切应变衰减的速率越慢;阻尼比随着动剪切应变的增大而增大,围压越大,阻尼比越小,变化趋势可用提出的修正的Hardin-Drnevich公式进行描述。研究成果可为土石坝抗震设计与动力稳定评价提供理论基础。     

某土石坝心墙料残余变形特性试验研究

采用从英国GDS公司进口的电机控制动三轴试验系统,利用改进沈珠江模型对某水电站心墙堆石坝心墙筑坝材料进行了动残余变形特性的试验研究。试验表明:对天然混合土料而言,试样主要表现为剪切变形;材料的动力累积应变εv、εa和残余应变εvr、γr随着围压力σ3的增减而增减,动应变幅值也随着围压σ3的增加而增大;在相同条件下,随着固结比Kc的增加,材料的累积体应变和残余体应变均减少。     

考虑土体小应变特性的桩基动刚度拟静力计算方法

上部结构受力验算需要用到下部基础刚度作为弹性边界条件,而桩基的刚度又受到土体刚度非线性的影响。本文采用拟静力方法计算桩、土和承台共同作用下的整体三向动力刚度,并引入土体小应变刚度的简化分析模型考虑土体刚度非线性对桩基刚度的影响。通过桩土相互作用模型中"受力变形平衡-土体刚度与应变协调-受力变形平衡"的循环计算,实现对土体在小应变水平下刚度非线性弱化特性的模拟,最终达到模型力学平衡与土体刚度水平的协调,从而得到桩基的拟静力刚度。在有限差分软件中实现上述算法,并对某工程柱下单桩和群桩基础整体三向刚度进行了大规模的计算应用。研究表明,采用本文提出的考虑土体与应变特牲的桩基动刚度拟静方法所得到的结果可为上部结构受力分析提供合理的计算参数。     

细粒含量对饱和粉土动力特性影响试验研究

通过对4种细粒含量不同的重塑粉土试样的动三轴试验,探讨了细粒含量对粉土轴向应变、动剪切强度、孔压的影响。在振动频率为1 Hz、均等固结条件下三轴试验结果表明:轴向应变都是在达到某一循环周数Np时发生突变,并且迅速达到破坏应变;循环周数相同时,该粉土的动剪切强度随着细粒含量的增加而增大,并且相同的细粒含量时动剪切强度与循环周数基本呈线性关系;Seed孔压模型拟合孔隙水压力表明,细粒含量低的孔压拟合效果较好。     

基于Davidenkov模型的北部湾海岸混合土动力特性试验研究

文章中采用GZZ-70共振柱试验仪对北部湾混合土进行试验,得出了北部湾混合土在小应变范围不同含水率、干密度和固结围压条件下的动剪模量比及阻尼比等动力参数的变化趋势,并基于改进后的Davidenkov模型对G/Gmax～γ曲线进行拟合,得到了不同条件下三参数A,B和γ0的理论值,为沿海混合土场地土体动力特性分析和研究提供了试验参考依据。     

特殊应力路径下软黏土变形与强度特性试验研究

通过进行软黏土的常规三轴固结排水试验、K0固结轴向加载排水剪切试验及K0固结侧向卸荷排水剪切试验,模拟基坑侧壁土体的实际应力路径,对比分析3种不同应力路径下土体的变形和强度特性。分析结果表明：① 在3种试验应力路径下,软黏土土样破坏时的主应力差值随着固结围压的增加而增加,均呈近似线性变化;② 侧向卸荷应力路径下,软黏土的变形和强度特性较之常规三轴试验结果均有较大差异;③ 相对于各向等压固结,K0固结条件下土体的凝聚力减小,内摩擦角增大。研究结论为基坑设计时采用反映土体实际应力路径的力学参数提供了理论依据。     

一种基于土体率敏性的长期变形预测方法

土体长期变形的预测与控制是大量工程建设的关键性问题。常规方法是结合蠕变试验来预测土体变形,其存在耗时长、难以考虑复杂应力路径以及不便用于复杂有限元计算分析等缺点。考虑土体的率敏性特征,通过对饱和超固结土以及人工制备结构性土分别开展3种不同加载速率下的三轴剪切试验,获得了土体强度、变形以及率敏性指标,从而得到了基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型参数,并利用该模型成功预测了土体的率敏性和蠕变变形行为。结果表明:①结合土体率敏性试验来预测土体长期变形,仅较常规土三轴试验增加了几组不同加载速率的剪切试验,而不需增加额外的试验条件,试验效率高;②由土体率敏性试验确定的本构模型参数能正确预测土体的蠕变变形,试验结果与模型预测结果吻合良好;③基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型可用于复杂边值问题的有限元计算。结果表明提出的结合土体率敏性来预测土体长期变形的新方法将具有很好的工程应用价值。     

不同应力条件下砂土动模量特性的试验对比研究

利用新研制的三轴—扭剪多功能剪切仪分别进行了竖向与扭转双向耦合剪切振动、振动三轴和振动扭剪等3种试验，采用内置于三轴室的轴力及扭矩双出力传感器和非接触式微小位移传感器测量荷载与位移，着重研究了均等固结条件下福建标准砂的动模量特性。试验结果表明：动力双向耦合试验在扭转方向和竖向的动模量与应变之间的变化规律分别与相同条件下的动扭剪、动三轴试验结果一致；归一化动模量与按照参考应变归一化后的应变比之间的关系不再依赖于初始固结压力、密度及应力路径；动三轴试验与动扭剪试验所得到的最大动剪切模量与初始固结应力之间的关系基本一致，与此相比，由动力耦合试验中扭转向振动分量所得到的结果偏高，由动力耦合试验中竖向振动分量所得到的结果又稍低。     

剪切速率对沼泽草炭土抗剪强度的影响研究

剪切速率对岩土体力学特性有重要影响,为揭示剪切速率对沼泽草炭土抗剪强度的影响规律,进行原状沼泽草炭土的分解度试验、扫描电镜试验以及不同固结围压下 4 种 剪 切 速 率( 0. 006%·min－1、0. 008%·min－1、0. 010%·min－1和 0. 012%·min－1) 的固结排水三轴压缩试验。试验结果表明: 当固结应力较小时,轴向应变较小时( ＜4%) ,剪切速率对应力－应变关系曲线影响较小; 同一固结状态下,随着剪切速率的增加,相同轴向应变( ＞4%) 的主应力差逐渐增大; 轴向应变达到 15%时,0. 012%·min－1的主应力差比 0. 010%·min－1约大 25%,0. 010%·min－1的主应力差比0. 008%·min－1约大 20%; 剪切速率对草炭土三轴固结排水强度影响较大,剪切速率增加,内摩擦角增大,黏聚力变化不大,抗剪强度提高。研究成果为沼泽草炭土地区铁路与公路线路工程的路堤填筑施工提供试验参考。     

易溶盐对黄土强度特性的影响

黄土的强度由黏聚力和摩擦力组成,黏聚力受颗粒间胶结物质的影响,当湿度增加、盐分溶滤时易溶盐胶结作用逐渐丧失进而使得黏聚力降低。利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪对陕西杨凌重塑黄土进行了三轴固结不排水剪切试验,研究了易溶盐对黄土强度特性的影响。试验结果表明:去易溶盐土样在高含水率和低围压下与普通土样的应力应变曲线基本重合;普通土样的破坏应力值与去易溶盐土样的破坏应力值的差值随土体含水率的减小而增大;去易溶盐土样的抗剪强度指标黏聚力c值和内摩擦角φ值随着土体含水率的减小而增大,但去易溶盐土样的抗剪强度指标c值和φ值均比普通土样的要小,易溶盐对土体抗剪强度指标c值的影响要比对φ值的影响大。     

黄泛冲积平原土料的动力参数试验研究

利用DSZ-100型电磁式单向振动三轴仪对黄泛冲积平原饱和土施加循环荷载,确定土料的动力参数,并根据试验结果,对黄泛冲积平原具有代表性的黏土、粉质黏土、粉土在动荷载作用下的动力变形特性进行了比较和归纳:①同一固结比下,土的阻尼比和动弹性模量随固结应力的变化并不明显;②应变在10-4～10-2时,土的动弹性模量衰减幅度最大;③在同一固结比下,土的最大动弹性模量随固结应力的增大而增大;④固结比对土样的最大动弹性模量有很大影响.     

南海某深水井场海洋黏土工程特性分析

为探究南海深水区域海洋黏土工程特性,基于多种室内土体强度测试方法对南海某平台场址高塑性海洋黏土强度特性进行了系统测试分析。量化了应变控制连续加荷固结试验（ＣＲＳ）和标准固结试验（ＯＤＥ）方法确定应力历史的差异;验证了基于单剪试验（ＳＳ）的 ＳＨＡＮＳＥＰ试验方法在该海域的适用性,并结合原位应力状态和应力历史绘制了沿深度方向的强度剖面;基于 ｋ0 固结三轴压缩／拉伸试验（Ｃｋ0ＵＣ／Ｅ）量化了土体强度各向异性;测试了高围压下土体不固结不排水抗剪强度;根据 Ｃｋ0Ｕ和 ＳＳ确定了土体的有效／总抗剪强度参数;整合分析了不同试验方法下土体归一化抗剪强度沿深度分布规律。成果可为南海深水海洋结构物基础设计提供工程地质参数测试分析方法和应用经验。     

K_0固结条件对上海粘性土强度和变形的影响

通过对上海第②层～第⑤层粘性土进行Ｋ０固结三轴不排水剪切试验，探讨Ｋ０固结初始应力对上海粘性土强度和变形性能的影响规律，并与各向等压初始应力的三轴固结不排水剪切试验的情况进行比较和分析。试验结果表明，Ｋ０固结初始应力对上海粘性土的强度和变形性能有影响；正确测试土的天然强度及变形规律，应使三轴试验的固结应力状态符合天然土层的初始应力条件，即Ｋ０固结状态。