结构性软黏土循环荷载下的软化特性研究

目前国内针对重塑软黏土进行大量的研究,得到了许多具有重大意义的成果,然而有关结构性软黏土循环荷载下的动力特性研究却很少.因此,文中通过对杭州结构性软黏土进行了室内循环三轴试验,分析了循环荷载下有效固结围压、振动频率以及动应力比对软化特性的影响.研究结果表明,有效围压对于土体的软化指数有着显著的影响,增大有效围压可以有效...     

间歇性变围压循环荷载作用下饱和软黏土变形特性

交通荷载由循环加载和间歇停振两部分组成,间歇停振对土体动力特性的影响不容忽视。交通荷载引起的应力场包含循环变化的轴向偏应力和围压。因此,通过对软黏土开展一系列间歇性变围压循环加载试验,对饱和软黏土在间歇性加载和循环围压作用下的变形特性进行了研究,分析了循环围压和间歇停振阶段排水条件对软黏土累积轴向应变的影响。研究结果表明,不同试验条件下软黏土累积轴向应变增量随加载阶段的变化趋势保持一致,即累积轴向应变增量随加载阶段的增加逐渐减小。累积轴向应变增量随循环围压的增大而减小。间歇停振阶段不同排水条件下,试样累积轴向变形变化规律也有所区别：部分排水条件下,循环加载阶段产生的超孔隙水压力在间歇停振阶段消散,试样累积轴向应变在间歇停振阶段有一定程度的增长;不排水条件下,循环加载阶段产生的一部分变形在间歇停振阶段得以慢慢恢复,试样累积轴向应变有所减小。上述研究成果可加深对间歇性循环荷载作用下软黏土变形规律的认识。     

循环荷载作用下软黏土变形特性研究

通过对饱和软黏土进行一系列应力控制的循环三轴试验 ,结合各向同性弹塑性边界面模型数值模拟 ,得出了软黏土在不排水条件下受循环荷载作用时的累积残余变形规律。     

竖向循环荷载下软黏土地基管桩累积沉降特性

高速公路、高速铁路桩承式路堤中桩的累积沉降发展规律对路基沉降控制具有重要意义。通过在浙江湖州软黏土地基中对2根29.5m长预应力混凝土管桩进行竖向循环加载现场试验,研究不同静荷载与循环荷载组合作用下管桩的极限承载力及累积沉降特性。试验发现,长期循环荷载下桩顶累积沉降发展可分为3类:快速稳定型、渐进发展型、急剧破坏型。当循环荷载比(CLR,循环荷载幅值与极限承载力之比)不超过0.2时,桩顶累积沉降趋于稳定,不受振次影响;当0.20.5时,桩顶累积沉降随振次急剧增加,在半对数坐标中呈刺入破坏。分析静荷载与循环荷载水平对桩顶累积沉降的影响,最后为工程设计提供建议。     

循环荷载作用下结构性软粘土的变形和强度特性

采用萧山原状和重塑软粘土在不同压力下固结后进行动力试验,探讨结构性软粘土在循环荷载作用下,合适的动应变破坏标准。文中比较了按本文提出的破坏标准与破坏应变标准取为5%和10%时的动强度差异,结果表明,在破坏振次较小时,本文提出的应变破坏标准更为合理;随着振次的增大,不同应变标准下的动强度差异性逐渐减小并趋于同一个稳定值--土体的最小动强度。固结压力对结构性软土动强度的影响较大,当固结压力小于土体结构屈服应力时,原状土动强度明显高于重塑土;而当固结压力超过土体结构屈服应力时,两者的动强度基本趋于一致。     

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。     

主应力轴循环旋转下饱和软黏土的累积变形

交通荷载下地基中土单元的主应力大小和方向将同时发生变化,现有的计算交通荷载引起的路基长期沉降实用模型未能反映交通荷载引起的土体单元主应力轴循环旋转现象。在推导常广义剪应力主应力轴循环旋转方程及验证空心圆柱剪切仪动力加载能力基础上,对上海第④层饱和软黏土进行一系列常广义剪应力主应力轴循环旋转加载试验及非等向固结下循环扭剪试验,分析了主应力轴旋转角、围压及静偏应力对循环塑性累积广义剪应变的影响。 将常广义剪应力主应力轴循环旋转加载试验等效成不同不排水静偏应力和动应力循环旋转加载试验,从而进一步 验证了文献 [12] 所提出的显式模型在模拟主应力循环旋转效应方面的可靠性。     

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.     

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。     

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。     

基于混沌优化的高阶段充填体可靠性分析

对高阶段充填体进行了力学分析,推导了分层充填力学计算公式,用可靠性理论研究了高阶段充填体稳定性。考虑高阶段充填体可靠性分析的状态函数求导困难,提出了基于混沌优化的可靠性计算方法,为工程中复杂函数计算可靠性指标提供了一种新的方法。高阶段充填体力学研究表明:缩短采场长度和增大采场宽度有利于充填体稳定性和降低充填成本。为了评价高阶段充填体稳定性,分别在实验室配制充填料浆和采场取样试验了尾砂胶结充填体强度,分析了采场原位充填体强度与实验室试验强度的差异。研究认为:采用实验室力学参数进行充填设计,最小设计安全系数为1.6～1.8,最小可靠性指标为1.8～2.0比较合理。用本文方法对安庆铜矿3号高阶段采场充填体进行了可靠性分析,并评价了充填设计的可行性。     

Experimental investigation of the influence on static and cyclic deformation of structural soft clay of stress level

This paper presents the experimental results performed to study the static and cyclic deformation behavior of undisturbed and remolded soft clays sampling from Xiaoshan. The consolidation tests indicated that the vertical strains of undisturbed soft clay could be divided into three stages with load increasing, however, the remolded clays were almost independent of stress level. The two cut-off points of these three stages are the preconsolidation stress and the structural yielding stress of the original clay, which could be determined by shear wave velocity measurement. The strains developed during cyclic tests of undisturbed and remolded soft clay, both having one turning point under different amplitude of cyclic stress. The strain developed slowly and stayed at a low level at the early stage, but developed quickly in a different way when the turning points were achieved and finally became great. The turning strains changed with different cyclic stress amplitudes, but they almost fell on a linear line whether undisturbed or remolded. Furthermore, the turning points of the remolded clay all fell on the same line of different confining stresses, including which of the undisturbed soft clay under confining pressure was larger than structural yielding stress. It was also found that the deformation characteristic of undisturbed and remolded Xiaoshan clay tend to be consistent when the structure of undisturbed soft clay is damaged. __________ Translated from Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(5): 937–944 [译自: 岩石力学与工程学报]     

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。     

软土循环扭剪应力应变响应的弹塑性分析

为了分析笔者提出的增量弹塑性模型对描述一般应力状态土单元循环应力应变响应的适用性,进行了软土不排水循环三轴压缩试验与无初始轴向偏应力的循环扭剪试验,得到了两种应力状态土单元的循环应力应变响应。进而依据循环三轴压缩试验结果确定模型参数,再利用模型预测软黏土循环扭剪试验土单元的应力应变响应,并与试验结果进行对比分析。结果表明,预测出的无轴向静偏应力作用的循环扭剪土单元环向剪应力应变滞回曲线与试验结果相比偏小,但是总变化趋势与试验结果较为一致;预测出的循环扭剪土单元环向累积剪应变随循环次数的变化与试验结果基本一致。研究工作表明,该增量弹塑性模型能够较好描述不同应力状态土单元的不排水循环应力应变响应,特别是循环累积应变响应。     

应力水平对结构性软黏土静力和动力变形特性影响的试验研究

采用原状和重塑软黏土样进行测量剪切波速的压缩试验及循环三轴试验，结果表明：在静荷载作用下，原状软黏土的变形特性随应力水平变化均可分为3个阶段，这3个阶段以先期固结应力和结构届服应力为分界点，利用剪切波速可简单、方便地判定出这2个关键应力值；重塑软黏土的变形规律与应力水平无关。对土体施加循环荷载时，两种土在不同固结应力下的应变一振次关系曲线上均存在着一个转折点，施加的动应力幅值小同，转折点应变也不相同，但该应变与相应的破坏振次呈线性关系。对于原状软黏土样，其转折点应变破坏振次关系分3个阶段变化，且与压缩试验的3个阶段具有良好的对应关系；对于重塑软黏士样，其线性关系基本不随应力水平变化而变化：当原状土结构破坏后，两种土样的变形规律趋于一致。     

应力水平影响下的软土边界面模型研究

针对饱和软粘土在固结不排水条件下受到循环荷载作用时的应力应变响应,采用剑桥模型屈服面,可移动的映射中心,参数意义明确的塑性模量插值函数,建立了一个简单有效的弹塑性边界面本构模型。特别是针对一般边界面模型中参数难以确定的问题,通过将模型参数与应力水平建立函数关系,较好地得到了参数的确定方法。最后通过预测不同应力水平作用下的三轴压缩和拉伸试验,验证了模型的合理性。     

循环荷载作用下饱和软粘土应变软化研究

通过对杭州市正常固结饱和软粘土进行应力控制的循环三轴试验,从应变的角度出发研究了循环荷载作用下土体的软化情况.通过研究不同循环应力比、不同超固结比、不同频率下轴向周期应变的软化情况分析了土体的软化,同时建立了一个合理反映土体应变软化的数学模型并确定了参数.     

回填软土中管道上浮力测试及计算方法

管道已成为中国油气等流体输送的重要方式,在沿海软土地区中浅埋管道上浮事故屡有发生,严重威胁着能源生命线工程的安全。研发了一套回填软土中浅埋管道上浮力测试的装置及方法,针对常用输气管道开展了足尺模型试验,获得了不同扰动程度软土中的管-土相互作用及管道上浮力,揭示了回填软土中管道的上浮机理。基于多批次不同扰动程度软土中管道上浮力的测试结果,提出了与回填软土不排水剪强度相关的管道上浮力计算方法。