利用弯曲元测量土体表层剪切波速的初步试验

土体剪切波速是土力学研究与岩土工程设计的关键参数之一。根据压电弯曲元波速测量的方向性,提出了侧向激发与接收的测量模式,使得弯曲元技术可用于室内和现场土体表层剪切波速的测量。在砂土模型内的初步试验表明,以激发元和接收元内侧间距为剪切波传播距离,并采用时域初达波法判别剪切波到达时间,则侧向激发与接收方式弯曲元的剪切波速测量结果准确可靠,精度与常规"对向激发与接收"方式相同。该弯曲元测试方法为当前大量涉及的取样扰动评价及地基处理质量控制等重要问题提供了便捷可靠的无损检测手段。     

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。     

考虑颗粒形状影响的砂土剪切波速研究

天然砂土的形状往往差异较大,为研究剪切波在不同形状砂土中的传播特性,首先选取3种不同形状的石英砂开展颗粒形状分析;其次,采用安装有弯曲元系统的三轴仪对砂土试样进行剪切波速测试及三轴剪切试验,获得3种石英砂的剪切波波速及其临界状态线。试验结果表明：(1)在相近的孔隙比和围压下,随着整体规则度OR降低,石英砂试样的剪切波波速V_s逐渐增大;(2)基于临界状态土力学中的状态参数,提出计算石英砂剪切波波速的归一化模型,并采用文献中的数据对模型进行验证,发现其预测精准度较好;(3)在上述模型的基础上,提出采用剪切波波速预测不同形状石英砂剪切特性的新方法。上述成果为用原位剪切波波速判别复杂形状砂土层的剪切失稳特性提供依据。     

平面应变条件下砂土局部化剪切带的有限元模拟

 根据饱和砂土的排水平面应变压缩试验的应变场,分析研究砂土的应变局部化现象以及剪切带的形成。在平面应变压缩条件下,砂土在峰值应力状态附近出现应变局部化现象,在残余状态最终形成一条V型剪切带。剪切带的形成是一个渐进过程,砂土呈现出渐进性破坏特性。这种由软化特性引起的应变局部化剪切带是砂土材料非常重要的变形和强度特性之一。基于砂土的三要素弹黏塑性本构模型和动态松弛有限元求解技术,对砂土的应变局部化现象和剪切带的形成进行有限元模拟。其中,砂土本构模型中引入应变局部化参数S来表示砂土峰值以后的软化和剪切带效果,剪切带在单元内未考虑其方向性,而是假设剪切带方向与最大剪切应变的方向一致。分析结果表明,动态松弛有限元法及砂土三要素模型能合理地模拟砂土的应变局部化现象,剪切带附近的最大剪应变值也非常接近,从而实现对砂土材料从硬化→峰值→软化→残余的全过程模拟以及对砂土应变局部化剪切带的定量化分析。     

剪切波速-相对密度联合试验与经验公式验证

汶川Ms8.0地震发生的数百公里大规模砾性土液化震害,引起了国内外学者对剪切波速液化判别技术适用性的高度重视。为合理评价波速测试手段应用于高含砾量、宽级配粗粒土液化判别的可靠性,发挥该技术在室内外土动力参数关联方面的独有优势,以相对密度与抗液化强度相关性为基础,通过自主研制大型波速量测系统,开展饱和砂土与砾性土剪切波速-相对密度联合室内试验,分析砾性土相对密度与波速指标内在关联性,对已有经验公式进行验证。研究结果表明:砾性土波速与相对密度呈良好线性关系,颗粒组排结构的不同是导致砾性土与砂土整体波速差异及数据离散度差别的主要原因;砾性土剪切波速对孔隙比变化灵敏度高于角砾砂,所提修正经验公式更适于描述砾性土波速随相对密度变化关系。     

基于弯曲元技术的无黏性土剪切波速与相对密度联合测试方法

剪切波速和相对密度是评价无黏性土力学性能的重要参数指标。以砾性土的剪切波速测试技术为出发点,通过在特制的钢制承模筒上整合弯曲元的剪切波速测试技术,利用竖向振动台的驱动以改变筒内试样的相对密度,自主研发一套无黏性土剪切波速与相对密度联合测试系统,并对弯曲元剪切波速测试中的初至时间进行修正。该系统用于测试最大粒径小于50 mm的无黏性土的剪切波速,建立无黏性土剪切波速与相对密度的关系。针对标准砂试样、花岗岩圆砾试样、两者按含砾量60%配制的砾性土试样及根据汶川地震中液化砾性土平均级配配制的砾性土试样进行了剪切波速与相对密度联合测试,并与GDS大三轴剪切波速系统的测试结果进行对比。试验结果显示,所研发的系统与GDS系统对土样的测试结果相似,但适用范围更广,测试更简便;相同相对密度下,砾性土的剪切波速比砂土大;试样的剪切波速随相对密度的增加而呈现幂函数形式增长。     

弯曲元试验高精度测试土样剪切波速方法

在HX-100型多功能三轴仪上开发了压电陶瓷弯曲元剪切波速测试系统,研究了高精度测试不同种类和刚度土样剪切波速的方法以及剪切波速弥散性问题,并将弯曲元测试结果与DrnevichLong-Tor型共振柱试验结果进行了对比。研究结果表明,对不同种类和刚度的土样,通过选用合适的激发波形和频率就可以消除接收波形的近场效应和过冲现象,高精度地确定土样剪切波速和极小应变剪切模量;在所使用的激发频率范围内,剪切波速不具弥散性。     

砂砾土液化的剪切波速判别方法

 剪切波速也正逐步成为土层液化判别的基本指标之一,但采用现场波速资料得到的砂砾土液化判别方法尚较少见。针对2008年汶川8.0级地震显著的砂砾土液化现象,获取45个场地剪切波速结构,以此提出基于剪切波速的砂砾土液化判别方法;构建相应模型和计算公式,并分析现有2种典型砂土液化剪切波速判别方法对砂砾土的适用性。提出的砂砾土液化剪切波速判别方法由初判和复判组成,初判包括地质年代、埋藏条件和含砾量3个条件;复判模型则由地震烈度、剪切波速基准值、地下水位、砂砾土埋深和和含砾量等5个参数构成,并分别采用归一化方法和优化方法推导出剪切波速基准值以及地下水位和砂砾土埋深的影响系数。砂砾土与砂土属不同土类,相同波速值下二者密实程度不同,现有砂土液化剪切波速判别方法对砂砾土不适用,给出的判别结果明显偏于危险。获取的砂砾土液化资料扩充现有液化数据库内容,提出的砂砾土液化剪切波速判别方法简单明了,回判成功率高,可为工程应用及规范修订提供参考。     

高速剪切条件下土的颗粒流模拟

 以高速环剪仪试验为原型,利用颗粒流模拟程序PFC建立无黏性土的环剪模型,进行在高速剪切条件下的环剪试验。通过将模拟试验结果与高速环剪仪所作砂土剪切试验结果进行对比,模拟试验和高速环剪试验试样的不均匀系数分别为1.64和1.45,2个试验的应力变化趋势相近,应力水平接近,模拟结果所反映的应力变化与物理试验的一致。模拟试验中代表土颗粒的球单元之间的接触模型采用的是线性接触模型,适合模拟无黏性土。模拟试验中发现剪切边界对剪切带的形成影响较大,对比墙、球环和球环+齿状结构3种剪切边界的剪切效果发展,球环+齿状结构的剪切边界可以保证剪切试样内外剪切速率的一致性。     

理想胶结砂土力学特性及剪切带形成的离散元分析

根据近期胶结铝棒接触力学特性的实测结果,提炼出用于模拟胶结砂土粒间胶结作用的胶结接触模型,并将该模型引入二维离散元商业软件PFC^2D。通过对不同胶结强度和不同围压下胶结砂土的平面应变双轴压缩试验的离散元模拟,分析了理想胶结砂土的宏观力学特性及其剪切带的形成规律。结果表明：相比同一孔隙比的无胶结试样,胶结试样具有更高的峰值强度、显著的应变软化和剪胀现象以及明显的剪切带,宏观力学特性与其胶结接触微观力学机理密切相关,模拟结果与已有室内试验结果具有规律上的一致性;由胶结试样内部的微观信息统计可知,胶结试样剪切带的形成一般在其峰值强度之后,且剪切带的形成是试样变形、胶结破坏、孔隙比、平均纯转动率和位移场等微观参量局部化的综合表现。     

动剪切模量比与剪切波速对地震动影响及等量关系研究

采用数值模拟方法,研究动剪切模量比和剪切波速对地震动的影响问题,并以对地表加速度反应谱影响为标准研究动剪切模量比变化与剪切波速变化间的对等关系,同时建立了等价关系式,分析中考虑了场地类别、场地遭遇地震强度和地震输入波型的影响。结果表明:①动剪切模量比误差和剪切波速误差对地震动都有着重要影响,在土体强非线性和软弱场地中影响更为强烈,实测的动剪切模量比和剪切波速比真实值低时较比真实值高时对地表反应谱影响更大,三类场地0.1g地震输入时动剪切模量比6%误差或剪切波速25%误差的影响已经不可忽视;②对不同的场地类别、场地地震烈度和地震输入波情况,动剪切模量比单独变化与剪切波速单独变化对反应谱的影响都具有对等关系;③动剪切模量比误差对地震动的影响程度要大于剪切波速误差,二者对地表反应谱的敏感性相差3～5倍,绝对误差相同时动剪切模量比降低情况下与剪切波速的敏感程度相差更大。     

饱和土剪切波速在基桩缺陷定量分析中的应用研究

在基桩缺陷定量分析中准确定量地描述桩土之间的相互作用是非常重要的。以黏滞阻尼器模拟桩土之间的相互作用,对6种饱和土进行了桩土相互作用模型试验和剪切波速试验。试验结果表明,可以对这些饱和土在土剪切波速与阻尼系数之间建立一致的相关关系。同样依据试验结果分析了试验阻尼系数和理论值的差别,得到了以剪切波速的函数表示的理论值修正系数。由桩身纵向振动响应解析解利用正交试验方法分析了阻尼系数、瞬态冲击力的脉冲宽度和幅值、桩弹性模量、桩密度、桩长以及桩截面积对速度波衰减过程的影响,确定了阻尼系数是影响速度波衰减的唯一显著因素,得到了速度波沿桩身的衰减规律。进而结合土剪切波速与阻尼系数之间的相关关系和桩身缺陷处的能量分配特性建立了利用土剪切波速和桩顶速度响应进行基桩缺陷定量分析的关系式。根据建立的关系式分析了利用剪切波速确定阻尼系数所带来的误差,结果证明由剪切波速最终得到的缺陷程度相对利用试验阻尼系数得到的结果误差一般在10%以内,所以利用剪切波速确定阻尼系数是可行的。     

剪切波速在评估地基饱和砂层地震液化可能性中的应用

对利用“门槛剪切波速”作为初判手段的起源 ,及用现场剪切波速校正室内试验“初始液化”动剪应力幅比的功能 ,进行了论述。对是否有“临界剪切波速”和“临界动剪应变幅”等问题 ,进行了讨论。最后提出了笔者的看法。     

泉州市规划区剪切波速与地基土类型关系

通过参与泉州市规划区抗震防灾规划勘察积累的546个钻孔的岩土层剪切波速数据,分析和总结了岩土类型与剪切波速的关系,为估算确定建筑场地类别提供依据。     

A simple method for evaluating liquefaction potential from shear wave velocity

The simplified procedure using shear wave velocity measurements is increasingly used to evaluate the seismic liquefaction potential of soils. This procedure is based on finding the boundary separating the liquefaction and non-liquefaction cases through the analysis of liquefaction case histories, following the general format of the Seed-Idriss simplified procedure based on standard penetration test (SPT) data. It is noted that many assumptions have been made in the simplified procedure. This paper develops a simple method for evaluating the liquefaction potential of soils from shear wave velocity by using the optimum seeking method to directly analyze the liquefaction history data and quantify the influence of major factors affecting the liquefactions potential of soils. The factors considered are the earthquake magnitude, the vertical effective overburden stress, the shear wave velocity, the peak acceleration at the ground surface of the site, and the fines content of the soil. The most important factor has been identified as the shear wave velocity. The developed method uses the measured data directly and in a very simple way. Neither stress-correction of shear wave velocity nor calculation of cyclic shear stress as in the simplified procedure is required. Comparisons indicate that the developed simple method has a higher success rate for evaluating liquefaction potential of soils than the simplified procedure. A case study is presented to illustrate the application of the developed simple method and further confirms its accuracy.     

渤海浅层沉积物剪切波速与深度的相关性分析

剪切波速是工程场地地震安全性评价最重要的参数之一.本文应用大量渤海浅层沉积物的剪切波速实测数据,利用最小二乘法通过三种模型探讨了不同土质类型的剪切波速与深度的关系,给出了不同土质类型的剪切波速与深度拟合最佳的统计公式.并与<构筑物抗震设计规范>的推荐公式在某一海域工程场地的测试结果进行对比分析,结果表明:本文所建立的统...     

一种考虑剪切速率的粗糙结构面剪切强度准则

动荷载(不同剪切速率)下的节理岩体结构稳定性是目前工程建设亟待解决的问题之一。以黄岛国家石油储备库地下水封石油洞库工程为工程背景,采用JAW-600岩石剪切流变–渗流耦合试验机对4种粗糙度下的类岩石粗糙结构面进行不同剪切速率下的常规剪切试验,对结构面的强度特性进行了基础性研究。研究结果表明:剪切速率和粗糙度对结构面剪切强度都有较为明显的影响;同一结构面的剪切强度随着剪切速率的增大而减小,并不受粗糙度系数的影响;同时结构面剪切强度随粗糙度系数增加呈现出线性增加的趋势,但不受剪切速率的影响。最后,基于试验结果与Barton模型,提出考虑剪切速率的粗糙结构面剪切强度模型。Barton标准粗糙剖面线结构面及粗糙结构面的试验结果与新模型预测值误差保持在20%之内,平均误差为10.539%,能够较好的预测粗糙结构面动荷载条件下剪切强度。     

花岗岩残积土剪切波速经验取值问题的探讨

通过福州东站附近30余个钻孔的实测波速资料,利用回归分析方法,研究花岗岩残积土标贯击数与剪切波速的定量关系及其应用。