长期循环荷载作用下粉质黏土动力特性及相关模型修正

循环荷载长期作用特征直接影响着粉质黏土的动力变形特性及土体结构的稳定性。运用SDT-10型动三轴仪对饱和粉质黏土进行高达20 000次的循环振动,分别控制固结围压、动应力比和振动频率,研究不同荷载条件下粉质黏土的塑性应变、残余孔压特性。研究结果表明:3项荷载条件都对土体的累计塑性变形和残余孔压有至关重要的影响。累计塑性应变在动力荷载持续作用下不断累积,曲线呈现出S型和J型,运用改进的种群增长模型以及改进的指数模型分别能很好拟合累计塑性应变随振动次数的发展规律,随围压、动应力比的增长呈正相关变化,随频率的增加呈反比下降。残余孔压比在正弦波的振动下不断增大,运用改进Seed孔压模型能在一定程度上模拟残余孔压变化规律,随动应力比、频率的增加而增大,随围压的增加而减小。研究成果深化了动力条件下黏土变形特性的认识,为循环荷载长期作用下土体的强度衰减和变形预测提供借鉴和参考。     

循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。     

交通荷载路径下超固结软黏土变形特性研究

长期交通荷载作用下软基道路往往产生过大沉降,超载预压地基处理是目前控制沉降的有效方法。经超载预压处理后,路基软土表现出明显的超固结特性。利用GDS空心圆柱扭剪系统模拟交通荷载应力路径,对不同超固结比软黏土进行不排水循环加载试验,研究超固结比对软黏土应变发展规律、应力-应变滞回曲线发展规律、回弹模量发展规律的影响。试验结果表明:超固结作用可以限制循环荷载作用下软黏土累积应变的发展;当荷载一定时,土体的超固结比越大,循环荷载作用下的累积应变值就越小,孔压和累积应变达到稳定所需要的循环次数就越少;当荷载一定时,超固结比越大,应力-应变滞回曲线随循环次数的变化越不明显;土体的回弹模量越大,弹性特征越明显。     

干湿循环条件下粉质黏土在循环荷载作用下的动力特性试验研究

利用改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪,对反复干湿循环条件下的粉质黏土进行了动三轴试验研究,探讨了其在饱和条件下干湿循环对累积塑性应变与振次关系以及对动强度特性的影响,同时分析了不同基质吸力下反复干湿循环后的动强度特性。研究表明:干湿循环对粉质黏土的变形特性有明显影响,相同动应力及振次条件下干湿循环试样的累积塑性应变小于原始试样;干湿循环后土体的临界循环动应力以及动强度明显增大;反复干湿循环后,粉质黏土的临界循环动应力和动强度随基质吸力的增加而增大,但其随基质吸力增加而增长的速率随基质吸力的增加而减小。干湿循环前后土体的电镜扫描(SEM)试验发现,干湿循环使得土颗粒排列更加紧密,干湿循环过程中试样内部并未出现微裂缝。     

冶勒水电站坝基超固结粉质黏土物理力学特性

冶勒水电站大坝坝基由超过400 m厚的粉质黏土和卵砾石层组成,研究其土体物理力学特性对工程设计和施工具有重要意义。通过物性试验、静力和动力试验对坝基粉质黏土进行物理力学特性研究,结果表明:土体级配良好,属低液限、超固结、低压缩性粉质黏土,先期固结压力为4.5~6.0 MPa,压缩模量为35.7~152.3 MPa,变形模量为35.00~80.74 MPa;摩擦角为33.70°~35.94°,黏聚力为0.12~0.21 MPa,抗剪强度指标高;动剪切模量为568 MPa,动弹性模量为1 686 MPa,动强度参数随振动次数的增加略有降低,但降幅较小。最终提出了一种特殊土体——超固结粉质黏土的物理力学参数指标。     

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。     

含水率对新近系粉质黏土强度影响的试验研究

引黄(河)入洛(阳)工程新近系围岩中有粉质黏土夹层或充填物,其力学强度随含水量变化很大,是导致施工围岩破坏的主要诱因之一。为深入分析含水率对围岩强度的影响,采用不固结不排水三轴试验,研究含水率对粉质黏土强度的影响。试验结果表明:试样破坏均为中部鼓肚膨胀综合破坏,体积膨胀起主要作用,其中径向膨胀变形过大是导致试样破坏的主要原因;含水率对主应力差影响很大,随着含水率增大,主应力差显著降低,其降低幅度随围压增大而加大;峰值强度受含水率的影响较大,随含水率的增大而明显降低,随含水率和围压增大,峰值强度降低幅度加大,达到较高含水率后峰值强度受围压的影响很小;相同围压下,峰值应力比随含水率的增大而呈线性递减,各拟合直线的斜率基本一致;相同含水率下,峰值应力比随围压的增大而减小;含水率对强度参数影响较大,随着含水率的增大,粉质黏土的黏聚力和内摩擦角均明显减小,黏聚力的对数值及内摩擦角与含水率呈负线性相关。     

尾矿粉土动力变形特性试验研究

采用GDS动三轴试验仪,对某尾矿坝的尾矿粉土筑坝料进行了动模量与阻尼比试验,研究了尾矿粉土的动应力-动应变特性,分析了围压和固结比对最大动剪切模量、动剪切模量比和阻尼比的影响,并基于沈珠江动力本构模型,提出了可以将固结比影响归一化的最大动剪切模量和模量衰减的修正公式。试验结果表明:随着围压和固结比增大,尾矿粉土的动弹性模量增大,阻尼比减小;随着动应变的增大,动剪切模量比逐渐减小,阻尼比变大;该修正公式可以将固结比和围压对最大动剪切模量和模量衰减的影响归一化,能较准确地反映尾矿粉土的动力变形特性。     

循环荷载下红层泥岩土累积变形特性

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究其在循环荷载下的累积变形特性。在动荷载不超过临界动应力条件下,红层泥岩土累积应变随循环次数的变化有一定规律性：应变在初期是快速增长,随着循环次数的增加,应变增幅减缓,最终达到稳定,且变形主要发生在前1 000次的循环阶段。基于动三轴试验结果,并考虑土的类型、应力状态、物理性质和循环次数等主要影响因素,提出了一个计算红层泥岩土累积变形的模型。该模型不仅能反映动、静偏应力和静强度的影响,还考虑了围压对累积应变的影响,能较好地反映累积应变的发展规律,而且模型参数具有明确的物理意义。通过达成线红层泥岩路基现场激振试验,验证了该模型的有效性和实用性。     

波浪荷载作用下频率对饱和珊瑚砂动力特性影响研究

选用南海某岛礁珊瑚砂作为研究对象,利用HCA空心圆柱扭剪仪,进行一系列模拟不同频率波浪荷载的循环扭剪试验,较以往试验考虑了中主应力系数变化,使应变分布更加均匀。研究了波浪荷载的振动频率对饱和珊瑚砂竖向应变累积和孔隙水压力发展规律的影响。试验结果表明,模拟波浪荷载广义"圆形"应力路径会产生竖向塑性变形累积,且当初始平均有效固结压力和偏应力比等试验条件相同时,随着频率的升高,塑性变形累积作用加强,在低振动频率(f=0. 100~0. 175 Hz)下,珊瑚砂孔隙水压力呈"快速增长平稳增长下降"的增长模式;当振动频率为0. 200 Hz时珊瑚砂孔隙水压力呈"快速增长平稳增长"的特殊增长模式;珊瑚砂峰值孔隙水压力均较低,在相同条件下远低于普通硅砂。在研究振动频率范围内,珊瑚砂峰值孔隙水压力和峰值振次均随振动频率增加基本呈线性增加。     

不同应力路径下饱和粉土强度与变形特性试验研究

为了模拟地下工程施工过程中不同位置处受扰动土体实际的应力和变形状态,探讨不同应力路径条件下土体的强度和变形破坏特性,共进行了4组试验,分别为常规三轴压缩试验、等 P 压缩试验、等压固结减压压缩试验和偏压固结减压压缩试验。试验结果表明在不同的剪切路径下土体表现出不同的强度与变形特征,即在常规压缩条件下强度最高,减压压缩条件下的强度最低。而且,常规三轴压缩、等P压缩和减压压缩这3种剪切方式下土体均没有出现应变软化现象。试验结果所揭示的规律可为现场施工提供科学有益的指导。     

南京地区粉质粘土动剪切模量与阻尼比试验研究

通过对南京地区某大型地下工程场地原状淤泥质粉质粘土和粉质粘土开展共振柱试验,研究了两类土动剪切模量与阻尼比随剪应变和固结围压的变化规律,结合双曲线模型,给出了淤泥质粉质粘土和粉质粘土动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化的平均曲线及其动参数的典型值,并与前人的研究成果进行了对比分析,表明该研究成果可为南京地区建筑工程项目地震安全性评价提供一定的借鉴和参考。     

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。     

冰水沉积粉质黏土非饱和强度特征与细观机理研究

为弥补当前对非饱和粉质黏土细观结构研究的欠缺,基于Fredlund双应力变量理论、Fredlund-Xing土-水特征模型,通过室内试验从细观结构、矿物成分至非饱和力学特性方面展开对冰水沉积粉质黏土的系统研究,查明非饱和抗剪强度及参数变化特征,深入分析细观作用机理。研究表明:冰水沉积粉质黏土非饱和抗剪强度随基质吸力增大而提高,增长速率逐渐降低,内摩擦角φ′与含水率构成对数函数关系,内聚力c_total1具有峰值特征,峰值点含水率约为10.24%。土中的矿物组分遇水发生的水解、离子置换等作用对土体结构造成较大影响,在低基质吸力条件下造成宏观非饱和抗剪强度的损伤,根据其作用特征将非饱和抗剪强度随基质吸力的变化过程划分为3个阶段,建立了适用于冰水沉积粉质黏土的三维破坏包络面的概化模型。与此同时,分析发现材料参数φ^b在低基质吸力段并不为常数,以某一初始值逐渐减小,变化曲线呈反“S”形,最终无限趋近于0。     

粉质砂土的土-水特征及一维应力变形试验研究

浅层非饱和土的力学特性与其土-水特征密切相关,研究自重应力作用下土体的土-水特征曲线及一维应力变形对于边坡、基坑等工程的稳定性分析具有重要意义。采用应力相关的压力板仪对西南某地区的粉质砂土进行了干燥试验及k₀固结试验。结果表明:在较低的竖向应力状态下,应力大小变化对粉质砂土的土-水特征曲线影响不大;在一定的净竖向应力状态下,粉质砂土的体积应变随吸力的增加呈线性增大;在一定的吸力状态下,粉质砂土的k₀固结变形是非线弹性的,净竖向应力越大,土体的体积应变越大,孔隙比越小。     

饱和软黏土应变累积特性及经验模型

为了更加真实地描述地基饱和软黏土在长期交通循环荷载作用下的永久变形特性,借助GDS变围压动三轴试验系统对温州饱和软黏土开展了一系列恒定围压应力路径(CCP)以及变围压应力路径(VCP)下的部分排水循环加载试验,重点分析了循环动应力比(CSR)、应力路径(α)及其长度(L)对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在给定的循环次数(N)下,永久轴向应变随着CSR的增大和α的减小而增大,可分别采用指数函数和对数函数描述永久轴向应变与CSR和α之间的关系。基于试样经历10 000次循环后的永久轴向应变,通过归一化处理发现归一化永久轴向应变(ε^p_{a,10 000}/ε^p,CCP_{a,10 000})与归一化应力路径长度(L/L_CCP)和归一化平均主应力幅值(p^ampl/p^ampl_CCP)之间分别呈对数和线性关系且与CSR无关。进一步构建了考虑CSR、α以及N综合影响的对数型经验模型并对不同应力路径下的永久轴向应变进行了预测,预测结果与实测值呈现出较好的一致性。     

瀑布沟水电站地基砂层动力变形特性试验研究

对瀑布沟水电站地基砂层土料进行室内动力三轴试验,研究土体在复杂和高应力状态下的动模量阻尼比、动力残余剪切变形及残余体积变形特性,确定动力变形计算参数和强度指标,为大坝抗震复核提供参数。     

非饱和路基粘土强度与变形特性的三轴试验研究

压实的路基填土一般处于非饱和状态。然而目前路基设计方法一般是基于经典的饱和土理论,没有反映出路基土的本质。为了模拟路基边坡的慢速失稳破坏,进行了不同围压下控制吸力的固结排水三轴试验,研究了非饱和路基粘土的强度与变形特性。结果表明:非饱和路基粘土的应力~应变曲线均有明显的峰值,变形模量和偏应力峰值均随吸力的增加而增大,峰值过后呈现出明显的应变软化现象;相同吸力下,围压越大,偏应力峰值越高;不同吸力下,随着吸力的增加,表观粘聚力逐渐增大,但是这种增大关系是非线性的,而有效内摩擦角有所减小,但变化不大;非饱和路基粘土试样在剪切过程中一般表现为剪缩。