荷载历史对砂土最大剪切模量影响的共振柱试验研究

 利用共振柱的非共振模式对干砂试样施加先期动荷载,系统研究先期循环次数、预荷载频率、动预应力比、密实度、制样方法、先期剪切模式及围压静置时间等因素对砂土最大剪切模量的影响。试验结果表明：当先期循环次数小于某一阈值时,最大剪切模量随循环次数的增大而衰减;当达该阈值时,模量衰减率可达20%以上;之后,随循环次数增大而增长。最大剪切模量随循环次数的衰减程度随预荷载频率、动预应力比及砂土密实度的增大而减小,但其定性规律不受制样方法及先期剪切模式的影响。经历先期动荷载后,砂土最大剪切模量随围压固结时间的增长率仍很小,但较新鲜试样略大。砂土最大剪切模量随先期循环次数的变化关系是砂土结构密实化、土粒磨损作用、颗粒再定向或颗粒配位数定向共同影响的结果。     

冻融循环下钢渣砂土混合料的小应变动力特性参数研究

利用GDS-RCA共振柱系统进行钢渣砂土混合料的小应变动力特性研究,分析了不同围压、配合比以及冻融循环次数的情况下动剪切模量和阻尼比的变化规律。通过试验得到了3种配合比、4种冻融循环次数在3种围压下的动剪切模量和阻尼比的曲线,采用Hardin-Drnevich双曲线进行拟合分析并对最大动剪切模量的经验模型进行预测。结果表明：钢渣砂土混合料的动剪切模量均随围压的提高而增大,随应变的增大而减小,随冻融循环次数的增加而降低;阻尼比随围压的提高而减小,随应变的增大而增大,随冻融循环次数的增加而增大;在3种配合比中,当钢渣掺量为40%时最大动剪切模量最大,不同钢渣掺量对阻尼比的影响较小。验证了钢渣砂土混合料在冻土地区地基处理中应用的可行性。     

饱和砂土动力特性的动三轴试验研究

利用GDS 10 Hz/20 kN双向振动三轴系统,进行了一系列饱和砂土不排水动三轴试验,研究了不同固结围压对饱和砂土动力特性的影响。试验结果表明:动弹性模量随动弹性应变幅的增大而减小,随围压的增大而增大;阻尼比随动弹性应变幅的增大而增大,围压对阻尼比的影响不显著,动弹性应变比较低的情况下,阻尼比有随围压增大而减小的趋势;不同围压下砂土的动强度曲线可近似地归一,其振动孔压发展模式与Seed提出的砂土的振动孔压发展模式相同,可以用反正弦三角函数拟合。     

荷载频率对动模量阻尼比影响的试验研究

目前荷载频率对动模量阻尼比影响规律尚无较为统一认识,定量结果尚少。采用新型高精度动三轴仪试验,研究不同荷载频率对典型砂土和黏土动模量阻尼比影响问题,并以此为基础从对地震动影响角度讨论考虑荷载频率相关动模量阻尼比必要性。结果表明:对砂土而言,荷载频率对其动剪切模量影响不大,随着加载频率的增大,阻尼比略有减小,但差别基本可以忽略;对黏土而言,荷载频率对其动剪切模量和阻尼比有重要影响,随着振动频率的增加,动剪切模量增大,阻尼比减小;黏土参考剪应变随荷载频率增大而增大,二者呈递增的指数函数,当f≤1 Hz时,影响十分明显,当1 Hzf≤3 Hz时,有一定影响,当f3Hz时,影响不明显;黏土最大阻尼比随频率的增大而减小,二者呈递减的指数函数,当f≤10 Hz时,影响较为明显,当f10 Hz时,影响程度显著减弱;采用两组频率下模量阻尼比曲线计算黏土层地震动,地表加速度峰值和反应谱差别很大,且随着震动增强而显著增大,说明考虑黏土层动模量阻尼比的荷载频率相关性是十分必要的。     

含黏粒砂土动力特性试验研究

为研究含黏粒砂土的动力特性,使用GDS共振柱试验仪器,以青岛地区典型含黏粒砂土为原型,利用福建标准砂和马来西亚高岭土配置试样,进行饱和排水试验,分析动剪切模量、阻尼比随动应变的变化规律及其影响因素。实验结果表明:含黏粒砂土G-γ曲线、D-γ曲线形状与无黏粒砂土类似,动剪切模量随动应变的增加而减小,阻尼比随动应变的增加而增加。对比发现,相同干密度条件下,对应同一动应变,含黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越大;无黏粒砂土围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越小。相同围压及干密度条件下,含黏粒砂土的动剪切模量要小于无黏粒砂土,阻尼比要大于无黏粒砂土。     

时间效应对砂土小应变动力特性影响及其细观机制研究

采用英国 GDS 公司生产的共振柱(RCA)测试系统,对福建标准砂进行11组不同条件的时间效应试验,研究砂土小应变剪切模量和阻尼比随时间的变化情况,并运用颗粒滑移和接触力均一化理论对测试结果的细观机制进行解释。试验结果表明福建标准砂小应变剪切模量随时间逐渐增大,阻尼比随时间逐渐减小;同时研究发现相对密实度、应力历史和黏粒含量对砂土时间效应影响显著：在围压35 kPa时,松砂的时间效应大于密砂;当围压增加到150 kPa时,试验结果恰好相反：密砂的时间效应大于松砂。应力历史是影响砂土时间效应的重要因素：加卸载循环和超固结都会降低砂土的时间效应。在砂土试样中添加高岭土粉末能提高砂土的时间效应。     

压扭耦合作用下粉砂土的双向动模量与阻尼比研究

为了研究振动频率和相位差对粉砂土双向动模量和阻尼比的影响,利用空心圆柱扭剪仪进行了一系列轴向与扭转向双向动荷载耦合作用的试验。结果表明:双向动荷载耦合作用下,振动频率和相位差对轴向动应力-应变关系曲线和扭转向的剪应力-应变关系曲线均有一定影响。振动频率和相位差对粉砂土的动剪切模量没有影响,只是相位差q=90°的初始动剪切模量最大。振动频率和相位差对粉砂土动压缩模量有一定影响,同一动应变处的动压缩模量随振动频率的增加先增大后减小,相位差q=0°时动压缩模量最大,q=90°的最小。振动频率对于粉砂土的动剪切阻尼比和动压缩阻尼比均没有影响,但是相位差对动剪切阻尼比和动压缩阻尼比都有较显著的影响,达到相同剪应变时,q=0°和180°时的动剪切阻尼比基本重合且明显高于q=90°的动剪切阻尼比;而相位差q=90°时的动压缩阻尼比在动应变达到0.1%之后增加较快,显著大于其他相位差的阻尼比。     

共振柱及动三轴试验在地铁工程中的应用分析

为考虑地铁运营期间,列车动荷载对土层的振动效应,对粉土、砂土和软土分布较广较厚地段选取适当地点布置一定数量的共振柱试验和动三轴试验,获得典型土层的动弹性模量、动阻尼比。试验结果表明,在特定剪应变值情况下,阻尼比随剪应变值的增大而增大,剪切模量比随剪应变的增大而减小。在同一围压条件下,当γ≤0.005时,阻尼比随剪应变值增加很快,剪切模量比随剪应变增大而减小的幅度大;但当γ0.005时,阻尼比随剪应变值增加缓慢,后期基本不变,剪切模量比增长缓慢,基本趋于平稳。围压相同时,剪切模量比随剪应变比的增加而减小,当γ/γ_r≤5时,其递减幅度大;而当γ/γ_r5时,剪切模量比随剪应变的递减幅度小,基本保持不变。     

饱和南京细砂动剪切模量特性的大型振动台试验研究

为了研究饱和砂土动剪切模量在振动孔隙水压力（简称孔压）升高和消散阶段的变化规律,开展了饱和南京细砂的大型振动台试验研究。基于试验数据,分析了加速度二次积分时合理选择带通滤波的低频和高频阀值的重要性,提出了由土层加速度时程确定土体动剪切模量的方法。分析孔压升高和消散阶段土体的动剪切模量比与循环周数、孔压比、剪应变幅值的关系,结果表明：与孔压升高阶段相比,孔压消散阶段的动剪切模量比明显要低,将孔压升高与消散阶段的土体动剪切模量视为相同是不合适的;大型振动台试验给出的饱和南京细砂动剪切模量比随剪应变幅值增大而衰减的速度大于室内循环三轴试验给出的结果。     

负温对土动剪切模量阻尼比的影响规律

 以我国引进的首台低温共振柱仪为依托,研究不同负温下冻结土的初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比非线性曲线的变化规律和模式。对低温共振柱仪试验技术进行研究,结果显示,采用常温试验方法进行低温共振柱试验,会导致结果离散过大,通过试验确定围压介质、冻结时间等试验条件和参数。同时,采用更符合客观实际的围压、固结和冻结方式,以粉土为样本,在室温和不同负温下进行对比试验。结果表明：负温对土的初始模量和剪切模量比影响显著,0 ℃～－4.0 ℃为敏感段,－4.0 ℃后为平稳段;敏感段内,随负温增加,初始剪切模量呈Boltzmann函数形式急速增加,参考剪应变则呈Boltzmann函数形式迅速下降,平稳段上,二者随负温增加分别平稳上升和下降;负温下阻尼比曲线在剪应变小于一定值时高于常温曲线,而在大于该应变时常温试验曲线则超过负温曲线;负温对最大阻尼比有较大影响,随负温增大,最大阻尼比呈指数形式降低。该试验采用专门的低温共振柱仪完成,围压、固结和冻结条件更接近客观实际,得到的负温对土动剪切模量阻尼比的影响模式更真实可靠,可为季冻土区抗震规范中设计谱修正以及季冻土区重大工程抗震设计中获得合理地震动输入提供依据。     

围压对土动剪模量和阻尼比影响的简化计算方法

围压对土的初始动剪模量、阻尼比、动剪模量比和阻尼比随剪应变的变化关系（G/Gmax-λ 和h-λ等性质产生明显的影响.通过总结分析已有研究和经验模型,确认围压对初始动剪模量和阻尼比的影响.以M.B.Darendeli的研究为基础,得出了由常规围压状态下土动剪模量和阻尼比与剪应变的关系曲线来分析任意围压状态下其关系曲线的简化计算方法,在不考虑围压引起G/Gmax-λ 和h-λ 曲线形状变化的条件下,直接由剪应变值计算动剪模量和阻尼比.通过试验结果的统计回归分析,提出了砂土和黏性土的主要参数建议值.与已有经验模型和试验结果的分析对比表明,所获得的围压状态下的土性质曲线具有足够的工程精度.将该方法与等效线性化方法结合可方便地进行考虑围压影响的一维场地地震反应分析.上海地区典型深厚场地的地震反应分析表明,由基岩反应谱计算地表反应谱时,在大震作用下宜考虑围压对土性质的影响.     

海湾相有机质浸染砂的动力特性试验研究

海南省沿海地区分布着一种特殊的海湾相有机质浸染砂,为研究其动力特性,利用动三轴仪进行了不同围压和含水率下的动力变形特性及动强度特性试验研究。分析含水率、围压对其动应力-动应变关系、动弹性模量、阻尼比的影响。试验结果表明：在动应变不变的条件下,动应力随含水率的增多而减小,随围压的增大而增大;动弹性模量在含水率变化时,变化趋势较平缓;阻尼比随着动应变的增加而增大,随含水率的增大而减小。在围压改变时,阻尼比的变化不明显。为海南省海湾相有机质浸染砂地区构筑物的动力计算参数的选取提供参考依据。     

城市固体废弃物动力特性试验研究

参照杭州天子岭填埋场城市固体废弃物(MSW)主要成分,人工配制固体废弃物试样,利用中型动三轴试验仪研究其在较大应变范围内MSW的动力特性。MSW的动剪切模量Gd和阻尼比D随着动剪应变γd的变化曲线与泥炭土的相关曲线形状基本一致,并且在相同应变时数值相差不大。在相同的动剪应变水平下,随着围压的增大,Gd增加而D减小;当动剪应变增大时,Gd减小而D增大。由于MSW的高压缩性,初始孔隙比不同对试样的动力特性影响不大。同时进行了现场剪切波速试验,确定了最大动剪切模量Gdmax的估算式。为便于应用,建议了归一化Gd和D与动剪应变依赖关系的取值范围和平均值曲线,并将其与OII填埋场MSW动力特性的研究结果进行对比,可以看出MSW的成分对其动力特性的影响还是比较大。     

南海钙质砂的动剪切模量与阻尼比试验研究

岩土体的动剪切模量和阻尼比是土工建筑物、近海场地动力稳定性分析中的主要动力学参数,为评价南海钙质砂的动力学特性,利用美国GCTS共振柱测试系统,对取自南海地区的钙质砂进行共振柱试验,研究固结压力、相对密实度对其动剪切模量和阻尼比的影响,并与石英砂进行对比分析。研究发现:相同的试验条件下,钙质砂的最大动剪切模量、阻尼比均大于石英砂;从总体而言,钙质砂的动剪切模量在剪应变小于0.1%时大于石英砂动剪切模量,在大于0.1%时两者趋于一致,其动剪切模量比G/Gmax随剪应变γ衰减的速度快于石英砂。根据试验结果建立钙质砂动剪切模量比G/Gmax、阻尼比D的数学模型,并结合现有的钙质砂动剪切模量比及阻尼比研究成果,给出钙质砂动剪切模量比和阻尼比的变化范围,为钙质砂场地工程建设中建筑物动力稳定性分析提供依据。     

南京及邻近地区新近沉积土的动剪切模量和阻尼比的试验研究

通过对南京及其邻近地区河漫滩相成因的粘土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土与粉砂互层土、粉土、粉细砂等6类新近沉积土的自振柱试验，详细地探讨了围压大小、剪应变水平、土的颗粒组成和结构性对这6类新近沉积土的剪切模量G及阻尼比λ的影响。通过与Seed和Idriss建议的砂土G／Gmax-γ和λ-γ曲线变化范围的对比，结果表明，不能将粉质粘土与粉砂互层土简单地当作砂土或粉质粘土对待。通过试验和理论分析，给出了南京及其邻近地区6类新近沉积土动剪切模量和阻尼比随剪应变变化的平均曲线的拟合曲线、包络线及其参数的推荐值，对实际工程具有一定的借鉴作用。     

单幅值循环动载下饱和砾砂动力特性试验研究

为探究动应力比和围压对饱和砾砂动力特性的影响,通过一系列饱和砾砂动三轴试验,分析了动应力比和围压对饱和砾砂轴向累积应变、回弹模量、动孔隙水压力以及滞回曲线的影响。结果表明:在同一围压下,动应力比增加时,砾砂的轴向累积应变、回弹模量增大,而动孔隙水压力减小;不同围压下,饱和砾砂的轴向累积应变、回弹模量以及动孔隙水压力均随围压的增加而增大;围压的增大有利于提高土体能量耗散的能力,而振次的增加会使土体的耗能作用减小;滞回曲线的倾斜程度随动应力比、围压以及振次的增加而增大,表明土体的回弹模量增加、刚度增大;滞回曲线的演化规律能够更加形象地反映出土体形变、刚度和耗能作用的变化,对土体动力特性进行分析时应结合滞回曲线的演化规律进行综合分析。     

海积软粘土的单剪试验研究

开展了天津新港海积软粘土的一系列基于应变控制的单剪试验,研究了动剪切的频率、土样超固结比和剪切应变幅值对该土的等效动剪切模量影响,以及等效动剪切模量和阻尼比与动荷载作用时间的变化关系。试验结果表明:剪切频率越高或者土样的固结比越大,相同应变幅值对应的应力幅值和等效剪切模量越大,但是存在一个动荷载频率的阈值,低于此阈值,荷载频率对等效剪切模量的影响可以忽略;等效剪切模量随着循环振次增加而衰减,这种衰化主要发生在循环的初始阶段,超过一定的循环周次后,振动周次的影响逐渐减小;阻尼比受循环振次的影响较小。