饱和软粘土的不排水循环累积变形特性

在上海地区典型饱和软粘土不排水循环三轴试验的基础上,分析了影响软粘土塑性累积变形的主要因素:循环荷载的作用次数,初始静偏应力和循环加载动偏应力。基于临界状态土力学理论,引入了相对偏应力水平参数,考虑初始静应力、循环动应力和不排水极限强度的相互影响,研究了不同静、循环动应力组合应力历史影响下饱和软粘土的不排水循环累积变形特性。     

循环荷载作用下混凝土塑性变形试验研究

研究了循环荷载作用下普通混凝土和钢纤维含量为2.0%的混凝土圆柱形试件,在应变速率为10-5/s、10-4/s、10-3/s时的卸载点应变与累积塑性应变的关系。试验结果表明,在开始卸载点的应变值相同的情况下,钢纤维含量相同的混凝土提高应变速率会增加混凝土的累积塑性应变;在混凝土中添加适量的钢纤维能延缓混凝土在加载后期的破坏;高应变速率会加快混凝土材料的累积塑性应变增长。     

循环荷载作用下饱和软黏土应变累积模型研究

通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环应力比、振动频率、超固结比及固结比对累积塑性应变对饱和软黏土循环软化特性的影响.试验结果表明,随着累积塑性应变的增加,软化指数减小;在循环初期,软化指数衰减缓慢;随着累积塑性应变的逐渐增加,软化指数衰减显著,但当累积塑性应变达到一定时,软化指数未见明显衰减.随着循环应力比的增加,累积塑性应变增长加快,软化指数与累积塑性应变关系曲线显著右移;当振动频率较低时,随着振动频率增加,软化指数与累积塑性应变关系曲线逐渐左移;但当振动频率较高时,不同振动频率下软化指数与累积塑性应变关系曲线近似重合.随着超固结比的增加,曲线左移,软化指数与累积塑性应变关系曲线逐渐向右、向上移动.在试验的基础上通过引入综合影响参数对试验数据进行归一化,建立饱和软黏土累积塑性应变模型.通过将该模型引入到修正的Iwan模型,并对饱和软黏土的应力-应变关系进行描述,并得到了与实测值较吻合的结果,从而也证明所提出累积塑性应变模型的合理性.     

循环荷载下饱和软黏土的累积变形显式模型

显式模型是计算交通等长期动荷载引起地基沉降的实用方法。在考虑影响饱和软黏土循环荷载下轴向循环塑性累积应变的应力历史、动偏应力水平及第一次轴向循环塑性累积应变与围压归一化基础上提出了计算饱和软黏土轴向循环塑性累积应变显式模型。模型同时反映了等向、偏压固结不排水循环加载轴向循环塑性累积应变发展规律,并很好地反映了围压的影响,其主要参数有明确的物理意义且易于确定。通过上海地区第④层饱和软黏土一系列静力三轴、循环加载试验验证了模型的合理性,得到了模型相关参数。     

循环荷载作用下饱和软黏土应变软化模型研究

循环荷载作用下,饱和软黏土将发生应变软化现象。而以往的研究中往往忽略土体的各向异性固结对软黏土循环软化特性的影响,并且以往对循环软化的研究大多采用低频循环荷载方式。通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环次数、循环应力比、固结比、频率、超固结比对土体应变软化的影响。试验结果表明,循环次数的增加,循环应力比的提高,都将加快土体软化;循环荷载作用下,软黏土存在临界循环应力比,当循环应力比较小或较大时,软化指数与lgN近似为线形关系,而当循环应力比在临界循环应力比左右时,两者表现为明显的曲线关系。随着频率的提高、土体超固结性的增强,土体软化程度降低。当土体为各向异性固结时,在循环应力比较小的情况下,随着固结比的增加,软化指数逐渐减小;当循环应力比较大时,在循环初期,土体的各向异性固结加速了土体的软化,但随着循环次数的增加,各向异性固结土体的软化指数逐渐要大于各向同性固结土体。同时,在试验的基础上推导反映土体软化规律的经验公式,利用该公式并结合修正的Iwan模型对软黏土的动应力–应变关系进行描述。     

基于能量法的尾粉土累积应变增长方式研究

为了研究累积塑性应变增长方式与能量耗散的关系,从机理方面进一步细化累积塑性应变增长方式。基于饱和尾粉土在3种孔隙比条件下不同循环应力比的固结不排水循环剪切试验,改进传统能量耗散计算方法,依据塑性应变累积能量耗散与黏滞累积能量耗散的关系对累积塑性应变增长方式进行了重新分类,并从能量耗散机理上阐述累积塑性应变的开展。研究结果表明:随着循环应力比增大,黏滞累积能量耗散速率将逐渐超越塑性应变累积能量耗散速率。将累积塑性应变增长形式细分为4类:稳定型、稳定破坏型、破坏型、和崩塌型。同时认为塑性应变累积能量耗散的产生是由于砂粒、粉粒等较大颗粒发生颗粒重排,而黏滞累积能量耗散的产生是由于黏粒、胶粒等较小颗粒间双电离子层内弱结合水发生脱离,粒间发生相对滑移。上述能量耗散机理与建立的累积塑性应变增长方式分类相一致,为进一步研究累积塑性应变模型提供研究基础。     

循环荷载作用下富水砂质泥岩动变形特性试验研究

通过富水砂质泥岩循环三轴试验,对循环荷载作用下砂质泥岩的动应变发展规律进行了研究,重点分析了动应力水平、静偏应力大小以及振动频率对动应变的影响。结果表明：富水砂质泥岩在循环荷载作用下的不可逆应变累积过程表现为稳定型和破坏型两种典型情况。对于稳定型发展曲线,变形发展表现为初始阶段和稳定阶段,初始阶段的累积变形约占总变形量的 40% ～ 50% ,但所占比重随着应力水平的提高逐渐减小;对于破坏型发展曲线,变形发展表现为初始阶段、稳定阶段和加速阶段的三阶段变形演化规律。岩样的累积塑性变形随动应力和静偏应力的提高而增大,随振动频率的增大而减小,而且动应力和静偏应力越大,变化趋势越明显。富水砂质泥岩的临界动应力值与其岩性、应力水平、振动频率等密切相关。     

辽西冻风积土动力测试与动损伤机理研究

风积土颗粒间包含的孔隙自由水在冬季负温作用下会发生冻结现象。为研究冻风积土在行车等动荷载作用下产生的动力损伤机理及其特征,利用GDS冻土三轴测试系统对不同条件下的冻风积土试样进行三轴加载,获得了不同条件下的动应力–应变曲线,并利用有效应力分析法对损伤有效应力及累积塑性变形进行确定。将Helmholtz自由能作为塑性势函数建立了损伤演变率与损伤释放率之间的数学关系,并依照塑性势函数和累积塑性变形率间的线性假设建立损伤演化模型。利用本文所提出的有效应力分析法对建立的P模型参数进行拟合,结果表明P模型计算结果与相关文献动损伤模型计算结果比较吻合。对比由循环加载造成的疲劳损伤与塑性区发展造成的塑性损伤发展过程,得到了冻风积土初期动损伤以塑性损伤为主,后期以疲劳损伤为主的结论,并且确定各条件下塑性损伤的阈值,为冻风积土路基的动力灾害防治提供理论依据。     

循环荷载作用下泥炭质土动力累积特性试验研究

 工程实践中,泥炭质土由于富含有机质,具有高含水量、低密度、超高压缩性以及低强度的异常力学特性,往往被视为问题土。针对昆明地区交通荷载作用下泥炭质土的动力响应特征,选取滇池草海附近典型泥炭质土,开展考虑围压水平、动应力幅值以及静偏应力影响的不排水循环三轴试验,研究该土的长期累积变形特性。研究表明：研究土样具有典型泥炭质土特征,表现为含水量181.5%～259.3%,密度1.10～1.22 g/cm3、有机质含量29.9%～53.0%,有机物质分解度较高;动应力幅值和静偏应力对昆明泥炭质土的长期动力特性影响显著,大动应力幅值和静偏应力加剧累积变形和孔压的发展,同时,当动应力水平小而静偏应力大时,累积塑性变形的发展速度反而大;虽然初始围压对累积变形影响较小,但对残余孔压的影响显著。此外,基于双对数坐标下累积应变速率与循环周次关系以及前人研究方法,建立了泥炭质土累积塑性应变与动荷载循环周次间的经验关系。     

考虑剪切和压缩损伤的多面模型

基于土结构损伤和多面模型的基本理论,将弹塑性混合应变硬化与各向同性剪切损伤和压缩损伤结合起来,推导循环荷载作用下饱和软黏土不排水弹塑性本构模型。采用剪切损伤和压缩损伤两个变量分别描述土的结构损伤,并基于累积塑性偏应变建立损伤演化方程。分析结果表明,分别考虑土的剪切损伤和压缩损伤可描述饱和软黏土在不排水动荷载作用下泊松比的变化过程。通过对饱和软黏土地基的地震响应的模拟来检验模型的有效性。研究结果表明,考虑模量损伤可引起加载和卸载过程中塑性模量的差异,使得卸载塑性模量大于加载塑性模量,从而导致加载塑性应变响应大于卸载塑性应变响应,由此产生塑性偏变形的累积。     

结构性软黏土的循环累积应变特性研究

针对动力作用下软黏土结构破坏而造成的变形问题,对杭州地区的原状软黏土进行了循环加载的动力特性试验。结果表明相同试验条件下,轴向应变在低有效固结围压、较低振动频率和较高动应力比作用下发展速率更快,且这三者存在耦合关系。综合考虑有效固结围压、振动频率以及动应力比的影响,建立了能够描述土样轴向累积变形的表达关系式。     

考虑温度影响的饱和软黏土累积变形特性研究

通过开展饱和软黏土温控动三轴试验,研究了不同温度作用下土的不排水累积变形、孔压、阻尼比及动弹性模量变化规律,建立了考虑温度、初始静偏应力、围压、超固结比等影响的应变模型,并获得了模型参数与温度的关系。结果表明:温度对土的累积塑性变形、孔压、阻尼比及动弹性模量有较大影响,土体的累积塑性应变、孔压、阻尼比均随着温度升高而减小,动弹性模量则随着温度升高而增大,土体表现出热硬化特征;在不同温度作用下,考虑温度影响的应变模型计算结果与试验结果较为吻合,验证了模型的合理性,可用于预测同一试验工况下任意温度时土的累积塑性应变结果。     

长期循环荷载作用下温州结构性软黏土的应变特性研究

针对软黏土存在的结构性特征,在不同围压下对天然温州软黏土进行了不排水静剪和大数目（50000次）循环加载试验,研究了结构性对土体强度的影响,并进一步分析了结构性软黏土在长期循环荷载作用下的应变特性。研究表明：围压较低时,土体的结构性在固结过程中没有或很少被破坏,软黏土表现为较高的归一化强度;随着围压的增大,归一化强度逐渐降低;当围压高于土体屈服压力时,土体结构性在固结过程中被完全破坏,此时土体的归一化强度达到稳定值,与重塑土强度相同。这种特性使得软黏土在循环加载试验中,即使在相同动应力比（mtml_13-0310_bak/img_0.png26.013.95= 0.45）下,不同围压下的应变行为也表现出明显的不同。这种区别表现在应力-应变滞回曲线、回弹特性和累积塑性应变等方面。     

单向循环荷载作用下饱和软黏土的性状研究

模拟交通荷载的作用,对珠江三角洲地区的高液限饱和软黏土和低液限饱和软黏土分别进行单向加载的循环三轴试验,研究饱和软黏土在压缩循环荷载下的轴向累积应变和累积孔压的发展情况,并充分考虑轴向循环压力大小、围压与塑性指数等因素对饱和软黏土性状的影响。试验结果表明:(1)单向循环荷载作用下,饱和黏土存在着临界循环应力,对于同一种土、不同围压下的临界循环应力,可引入临界循环应力比,用饱和黏土在各个围压下的不排水强度对临界循环应力进行归一化处理。(2)临界循环应力比的大小与饱和黏土的塑性指数有关,塑性指数越大,临界循环应力比越小。(3)循环应力大于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是破坏型的。(4)循环应力小于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是衰减型的,在相同的加载条件下,塑性指数大的试样累积变形和累积孔压均比塑性指数小的累积变形和累积孔压发展得快。(5)在单向循环荷载作用下,饱和黏土破坏时,孔压均没有达到围压值,只有围压的60%～70%。该研究成果可为交通荷载作用下软土地基沉降分析提供有益的参考。     

饱和黏土累积塑性应变非线性预测模型研究

路基累积变形的研究对于交通工程动力稳定性分析具有显著意义。通过分析循环动三轴试验结果,发现无论在排水还是不排水条件下,对于饱和正常固结黏土或轻度超固结黏土,土中孔隙水压力与累积塑性应变之间存在一定对应关系。通过改进太沙基-伦杜立克固结方程,并研究孔隙水压力与累积塑性应变之间的关系,得到一种新的饱和黏土累积塑性应变非线性预测模型。该模型既可预测土体中孔隙水压力的变化,又可预测土体累积塑性应变的发展规律。模型验证结果表明,该模型可较好地反映饱和黏土孔隙水压力和累积塑性应变的发展变化。     

主应力轴旋转条件下冻结黏土累积塑性应变与临界动应力特性研究

冻土作为寒区工程的基础和人工冻结工程的支护壁,经常承受动荷载的扰动,研究其在动荷载作用下累积塑性应变和临界动应力特性,可为寒区工程和人工冻结工程变形控制和稳定评价提供重要参考。为揭示主应力轴旋转对冻结黏土累积塑性应变和临界动应力特性影响,采用冻土空心圆柱仪进行了一系列考虑围压影响的动三轴试验和纯主应力轴旋转试验,分析了冻结黏土累积塑性应变、累积塑性应变率和临界动应力特征变化。研究表明,冻结黏土试样轴向累积塑性应变随着循环次数的增多而增大,围压的增大则会抑制冻结黏土轴向累积塑性应变发展速度,而主应力轴旋转效应会加快冻结黏土轴向累积塑性应变发展速度。冻结黏土轴向累积塑性应变率呈现3种不同变化趋势,提出了基于累积塑性应变速率判别的冻结黏土塑性变形行为划分准则,并建立了冻结黏土塑性安定和塑性蠕变临界动应力表达式,证实了主应力轴旋转条件下冻结黏土临界动应力显著降低。研究结果对冻土工程的设计、施工、稳定评价和寒区资源开发都具有重要的指导意义。     

动荷载作用下阜新风积土结构性参数试验研究

通过一系列动三轴试验,获得不同动应力幅值、围压和含水率条件下阜新风积土轴向累积应变与振动次数的关系曲线。基于土结构性研究成果,定义风积土联结结构动应变势参数mN1、摩擦结构动应变势参数mN2和风积土总结构动应变势参数mN,探讨饱和重塑风积土发生结构破坏时,上述各结构性参数指标与试验条件间的关系。研究结果表明:mN1随振动次数的增加而减小,mN2和mN随振动次数增加而增大,且振动次数较少时各结构性参数指标变化较快,说明振动初始阶段风积土结构性损伤较为剧烈。动应力幅值和含水率越大,围压越小,风积土联结结构稳定动应变势mfN1、摩擦结构稳定动应变势mfN2和总结构稳定动应变势mfN越大。依据破坏振次与风积土总结构动应变势间的关系,建立了确定饱和重塑风积土动强度的新方法。     

基于修正Iwan模型的软黏土动应力–应变关系研究

在循环荷载作用下,饱和软黏土由于孔压上升和结构重塑会发生应变软化;同时会产生累积塑性应变。而且,当存在初始偏应力时,累积塑性应变的发展速率加快,并随着循环次数的增加,滞回圈明显向右滑移。正基于此,本文通过对杭州正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,首先建立考虑不同动应力、初始偏应力下正常固结软黏土的软化指数经验模型;然后将软化模型引入Iwan串联模型中考虑循环软化的影响;同时再串联一理想刚塑性元件,模拟循环过程中产生的累积塑性应变;最后结合Masing准则对软黏土的动应力–应变关系进行了描述。通过对试验值进行模拟以及与其他模型的对比分析,初步证明了模型的合理性和有效性。     

南盘江悬索桥加劲梁疲劳应力监测及分析

分析了南盘江悬索桥加劲梁主要部件在交通和环境载荷下的应变时程曲线的规律,进一步研究其疲劳应力谱的特征;研究表明大桥存在着一定的疲劳问题。     

考虑荷载应力分布的机场刚性道面累积损伤优化模型

分析美国FAA道面设计法和利用通行覆盖率计算道面累积损伤存在的缺陷,提出刚性道面累积损伤模型须考虑道面板荷载应力分布的影响。提出飞机对道面的作用以覆盖作用曲线表示,且服从正态分布规律,根据主起落架构型的等效原则,得到覆盖作用曲线和总通行覆盖次数的确定方法;研究道面板荷载应力的分布规律,以荷载作用位置中心点至道面板纵向中心线的横向距离与板宽的比例为参数,将道面板纵向上各点的荷载应力的最大值映射到板的横边,建立道面板横向应力分布函数;利用覆盖作用曲线与应力分布函数建立道面板的累积损伤优化模型,实例验证模型的正确性,该模型可应用于刚性道面结构和道面分块的优化设计。