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...     

饱和方式对珊瑚砂力学特性影响试验研究

由于珊瑚砂特殊的形成环境,造成了其多孔隙且存在内孔隙、颗粒强度低、易破碎等特征,致使其饱和过程中难以达到较高的饱和度.针对易忽视的珊瑚砂饱和问题,利用三轴剪切试验对不同饱和方式下珊瑚砂的力学特征进行研究.结果表明:使用抽真空饱和法达到饱和状态的珊瑚砂峰值强度和滑动摩擦角最大,浸泡饱和法居中,反压饱和法最小;随有效围压的...     

不同循环应力路径下饱和珊瑚砂体应变的发展特征

地震、波浪引起排水或部分排水状态的饱和砂类土体应变的累积,会导致地表、海床和附近结构物的显著破坏,且饱和砂土排水循环加载的体应变增长与不排水循环加载的孔压增长存在定量的对应关系。通过对饱和珊瑚砂开展系列均等固结条件下排水循环剪切试验,探讨了初始相对密度D_r、循环应力路径及应力水平(CSR)对饱和珊瑚砂体应变发展特征的影响。试验结果表明,同一D_r和CSR下,残余体应变ε_vd,ir随短长轴比和在0°～90°时的椭圆倾角存在单调增长关系。不同D_r、循环应力路径和CSR下饱和珊瑚砂ε_vd,ir随循环次数N的发展曲线具有统一性,提出了两者的显式关系式。饱和珊瑚砂残余体应变极值(ε_vd,ir)u与ε_vd,ir-N关系曲线的收敛速度与D_r、循环应力路径和应力水平密切相关。引入单元体循环应力比USR来表征不同循环应力路径和CSR下饱和珊瑚砂的ε_vd,ir,发现同一D_r下,(ε_...     

非标准椭圆形应力路径下饱和松砂动强度的试验研究

基于线性规则波浪作用下有限厚度海床动力响应的解析解,证明了非饱和、各向异性海床中一点土体单元上由主应力轴旋转所引起的应力路径应为非标准椭圆形而不是传统认知的圆形,并推导了量化该非标准椭圆形应力路径大小和形状的3个特征参数。通过27组不排水条件下的循环主应力轴旋转试验,讨论了轴向偏差应力和剪应力的幅值及初始相位差对饱和砂土动强度的影响。试验结果表明轴向偏差应力对动强度的影响高于剪应力的影响,同时初始相位差对动强度的影响显著。随着初始相位差的增大,破坏周次的对数基本呈线性减小,进而得出了非标准椭圆形和标准椭圆形两种应力路径下砂土动强度的关系。研究成果克服了传统圆形应力路径下土体动强度特性难以直接用于分析有限厚度海床稳定性的不足,可为近海海洋工程设计提供技术支持。     

静力与动力组合应力条件下饱和松砂变形特性的试验研究

利用大连理工大学新引进与研制开发的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对福建标准砂,在相对密度为Dr=3 0 %的松散状态下,在不同的三向非均等固结应力状态下进行了应力控制式循环扭剪试验和竖向-扭转耦合剪切试验,通过对比试验结果着重探讨了初始固结主应力方向与循环应力变化模式对饱和松砂动应力-应变关系特性的影响,并采用相对有效应力比峰值与广义剪应变作为参变量对应力-应变模式进行了探讨。试验结果表明,相对有效应力比峰值与广义剪应变之间符合良好的双曲线关系,初始固结主应力方向对砂土的应力-应变关系特性具有不容忽视的影响。     

单向压缩状态下饱和砂性土蠕变特性试验研究

为研究单向压缩状态下饱和砂性土的蠕变特性,本文进行了饱和砂性土在常规加栽(即加栽比为1)与加载比为3及等梯度加载等不同加载方式下的蠕变试验并对试验结果进行对比分析.结果表明:加载比不同时,3200kPa荷载下蠕变变形量基本相等;不同加栽方式下,蠕变变形表现为与时间、荷载相关的非线性增长;将相邻荷载施加后同一时刻的蠕变增量定义为△t,与常规加栽试验中该参数随荷载量增加而不断增加相反,等梯度加栽试验中△t 随荷载增大而减小并且逐渐趋于稳定,这是因为在等梯度加载试验中土体在每级荷载下都没有达到蠕变稳定,而且每级加载增量相对较小.△t达到稳定时的荷载与加栽梯度的对数呈线性关系.     

循环荷载下饱和南沙珊瑚砂的液化特性试验研究

针对饱和南沙岛礁珊瑚砂,开展了一系列不排水循环加载试验,研究了相对密度D_r和初始围压■对饱和珊瑚砂的超孔隙水压力、应变发展、有效应力路径及动强度特性的影响,并比较了珊瑚砂与福建砂的液化特性差异。试验表明,珊瑚砂的超静孔压Δu的发展模式与石英砂的有较大区别,可用修正后的Seed模型进行表征。珊瑚砂液化时的累积能量耗散远比福建砂的大。珊瑚砂的轴向应变ε_(DA)随着循环振次增加而逐渐变大,不会发生急剧增大的现象。在有效应力路径接触相转换线后,珊瑚砂会发生剪胀和剪缩交替出现的现象,仍然会存在有效应力。较之福建砂Δu的波动特征,珊瑚砂Δu的波动更大,且当Δu接近■时波动明显增大,产生"瞬时液化"现象。珊瑚砂的动强度随着D_r以及■的增大而增大。珊瑚砂的动强度大于石英砂的动强度。     

复杂应力条件下饱和松砂振动孔隙水压力增长的能量模式

利用新研制的土工静力–动力液压三轴–扭转多功能剪切仪,针对相对密度为30%的饱和福建标准砂,进行了均等固结条件下的不排水循环单向剪切以及轴向和扭转双向耦合循环剪切等多种复杂循环剪切试验,并在控制不同的初始固结参数的三向非均等固结状态下,进行了循环扭剪试验。分别研究了循环剪切应力路径、初始主应力方向、初始偏应力比、初始中主应力系数等因素对孔压与累积耗散能关系的影响。初步建立了复杂应力条件下饱和松砂的孔隙水压力增长的能量模式。     

珊瑚砂水下不分散混凝土性能试验研究

研究了水泥用量、絮凝剂掺量、砂率对海水拌和珊瑚砂水下不分散混凝土性能的影响.结果表明:珊瑚砂水下不分散混凝土单位用水量为235～283 kg/m3时,砂率对单位用水量的影响最为显著,用水量随砂率增加而增大;水泥用量为400～490 kg/m3时,28 d抗压强度在26～39 MPa之间,可配制C20～C30水下不分散混...     

砂的原生各向异性强度的研究

基于已有各向异性砂的实验资料,借鉴复合材料力学中矩阵转换的数学方法,将实际各向异性砂样的柔度矩阵(或刚度矩阵)转化为各向同性参考砂的柔度矩阵(或刚度矩阵),并提出相当应力状态的概念,由此把对各向异性岩土材料的分析转换为对等效各向同性材料的分析,使各向同性强度理论能够方便地应用于各向异性材料.通过分析,发现理论所得结果与已有的实验结果吻合,表明文中的计算理论是可行的.     

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_...     

细粒含量及固结应力对饱和砂土动剪切模量和阻尼比影响试验研究

土的动剪切模量和阻尼比是描述土体动力特性的两个主要参数。利用美国GCTS公司研制的TSH-100型共振柱试验仪对等压固结条件下饱和砂土的动剪切模量和阻尼比进行测试,研究细粒含量(FC)和固结应力对动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明:各固结应力水平下,细粒含量对砂土动剪切模量和阻尼比的影响规律趋于一致。当0≤FC≤10%时,随着细粒含量的增加,砂土的动剪切模量逐渐减小,阻尼比则逐渐增大;当10%FC≤40%时,随着细粒含量的增加,砂土的动剪切模量逐渐增大,阻尼比则逐渐减小。细粒含量相同的砂土,随着固结应力的增大,动剪切模量呈增大趋势,阻尼比呈减小趋势。     

三轴应力路径下珊瑚砂的颗粒破碎模型

基于不同轴向应变下平行试样的三轴试验结果,分析了珊瑚砂在三轴排水与不排水条件下颗粒破碎随加载的演化过程,探讨了现有的颗粒破碎能量模型和基于应力的Hardin破碎模型的局限性.为了更好地分析颗粒破碎中间发展过程的特征,将引起颗粒破碎的机制分解为压缩和剪切两部分,并分别建立了与之相对应的破碎模型.压缩机制是指在等应力比条件...     

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。     

循环孔隙水压力作用下饱和砂土变形的试验研究

波浪荷载的作用会在近海砂体基础中产生循环孔隙水压力,研究循环孔隙水压力作用下砂床土体的力学行为对海岸和近海工程有重要意义。本文选用福建标准砂为研究对象,自动控制水压力发生装置作为动力源,通过固结不排水三轴试验,研究分析了在循环孔隙水压力作用下影响饱和砂土变形性能的试验参数。试验结果表明,当固结应力比、频率较大,而相对密度较小时,试样有较大的变形,更容易发生破坏。最后,绘制了试样轴向应变与动孔隙水压力系数的关系曲线,并分析了曲线的变化规律。     

复杂应力路径下饱和砂土静态液化失稳预测

饱和砂土应力–应变关系具有各向异性和状态相关特性,因此其静态液化的触发与应力路径密切相关。现有文献已提出多种静态液化判别准则,但其准确性往往仅在三轴应力路径下被进行校验。对于涉及主应力方向旋转和不同中主应力比的复杂应力路径,现有判别准则是否可以准确预测静态液化的触发有待进一步验证。为此,基于状态相关各向异性砂土本构模型,结合前人的空心圆柱扭剪单元体试验,比较了二阶功、弹塑性刚度矩阵对称部分和失稳模量3种准则对复杂应力路径下砂土静态液化失稳预测的效果。发现包括:基于弹塑性刚度矩阵对称部分的失稳触发表达式不依赖于加载路径,具有更好的通用性,其预测的失稳点早于或与实际失稳点吻合;失稳模量理论可预测实际液化失稳的位置,但判定表达式因加载条件不同而变化。获得了复杂应力路径下的失稳线,分析了静态液化触发前砂土可发挥峰值摩擦角受中主应力、主应力方向等因素的影响。