循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。     

干湿循环条件下粉质黏土在循环荷载作用下的动力特性试验研究

利用改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪,对反复干湿循环条件下的粉质黏土进行了动三轴试验研究,探讨了其在饱和条件下干湿循环对累积塑性应变与振次关系以及对动强度特性的影响,同时分析了不同基质吸力下反复干湿循环后的动强度特性。研究表明:干湿循环对粉质黏土的变形特性有明显影响,相同动应力及振次条件下干湿循环试样的累积塑性应变小于原始试样;干湿循环后土体的临界循环动应力以及动强度明显增大;反复干湿循环后,粉质黏土的临界循环动应力和动强度随基质吸力的增加而增大,但其随基质吸力增加而增长的速率随基质吸力的增加而减小。干湿循环前后土体的电镜扫描(SEM)试验发现,干湿循环使得土颗粒排列更加紧密,干湿循环过程中试样内部并未出现微裂缝。     

周期荷载下尾矿砂动力特性初探

本文通过动扭剪和动三轴试验，初步探讨了尾矿砂在周期荷载下的动力特性，结果表明：两种试验尾砂的动强度较为接近，尾砂的动应力一应变关系属应变软化型，可用双曲线数学模型表达。     

长期循环荷载作用下粉质黏土动力特性及相关模型修正

循环荷载长期作用特征直接影响着粉质黏土的动力变形特性及土体结构的稳定性。运用SDT-10型动三轴仪对饱和粉质黏土进行高达20 000次的循环振动,分别控制固结围压、动应力比和振动频率,研究不同荷载条件下粉质黏土的塑性应变、残余孔压特性。研究结果表明:3项荷载条件都对土体的累计塑性变形和残余孔压有至关重要的影响。累计塑性应变在动力荷载持续作用下不断累积,曲线呈现出S型和J型,运用改进的种群增长模型以及改进的指数模型分别能很好拟合累计塑性应变随振动次数的发展规律,随围压、动应力比的增长呈正相关变化,随频率的增加呈反比下降。残余孔压比在正弦波的振动下不断增大,运用改进Seed孔压模型能在一定程度上模拟残余孔压变化规律,随动应力比、频率的增加而增大,随围压的增加而减小。研究成果深化了动力条件下黏土变形特性的认识,为循环荷载长期作用下土体的强度衰减和变形预测提供借鉴和参考。     

周期荷载下尾矿砂动力特性初探

本文通过动扭剪和动三轴试验，初步探讨了尾矿砂在周期荷载下的动力特性．结果表明：两种试验尾砂的动强度较为接近；尾砂的动应力一应交关系属应变软化型，可用双曲线数学模型表达．     

循环荷载作用下建筑垃圾土动力性能

国家基础设施建设不断推进,大量建筑垃圾随之产生。对建筑垃圾进行资源化利用,不仅经济环保,且可缓解环境压力。通过室内大型动三轴试验,对建筑垃圾土与砂土动力性能展开研究,包括动应力-动应变、时程曲线、动弹性模量、阻尼比和液化评估分析。试验结果表明：建筑垃圾土破坏动应力约为砂土的1.3倍,即建筑垃圾土的承载能力明显高于砂土。在循环荷载作用下,砂土超静孔隙水压力大约是建筑垃圾的2.5倍,因此建筑垃圾土发生液化可能性更小。建筑垃圾土动弹性模量远高于砂土,最高是砂土的1.3倍。建筑垃圾土动力性能均高于一般砂土,建筑垃圾土具有代替砂土用作道路工程填料的潜力。     

循环荷载作用下土工格栅剪切特性的颗粒流细观分析

以循环荷载作用下土工格栅与砂土的直剪室内试验结果为基础,对法向循环荷载作用下筋土直剪过程进行三维颗粒流模拟,开发CLUMP颗粒板替代顶墙施加法向循环荷载。与静载作用室内试验结果相对比,数值试验可以从宏细观角度分析土工格栅在直剪试验中筋土作用特性。研究结果表明:离散元PFC数值试验可以较好地再现筋土界面作用特性。相比静载作用情况,法向循环荷载使得试样上部区域和筋土界面区域颗粒位移明显增加,循环荷载峰值谷值交替出现,筋土界面区域孔隙率呈现波动变化,颗粒旋转明显,滑动比较大。随着土工格栅埋深的增加,法向循环荷载影响逐渐减弱,筋土界面剪应力峰值上升,循环荷载弱化了土工格栅的加筋作用。循环荷载作用下土工格栅与土颗粒的咬合力以及颗粒间的静摩擦阻力、滑动摩擦阻力与滚动摩擦阻力是形成土工格栅加筋作用的主要原因。     

循环荷载作用下土工格栅剪切特性的颗粒流细观分析

以循环荷载作用下土工格栅与砂土的直剪室内试验结果为基础,对法向循环荷载作用下筋土直剪过程进行三维颗粒流模拟,开发CLUMP颗粒板替代顶墙施加法向循环荷载,并与静载作用结果相对比,分析筋土界面宏细观参数演化规律及其对应关系,深入探讨筋土剪切特性的宏细观机理。与室内试验只能宏观探讨筋土界面的力学性质相比,数值试验可以从宏细观角度分析土工格栅在直剪试验中筋土作用特性,研究结果表明：离散元PFC数值试验可以较好的再现筋土界面作用特性。相较静载作用情况,法向循环荷载使得试样上部区域和筋土界面区域颗粒位移明显增加,循环荷载峰值谷值交替出现,筋土界面区域孔隙率呈现波动变化,颗粒旋转明显,滑动比较大。随着土工格栅埋深的增加,法向循环荷载影响逐渐减弱,筋土界面剪应力峰值上升,循环荷载弱化了土工格栅的加筋作用。循环荷载作用下土工格栅与土颗粒的咬合力以及颗粒间的静摩擦阻力、滑动摩擦阻力、滚动摩擦阻力是形成土工格栅加筋作用的主要原因。     

不同路径下饱和砂土的动力特性模型

通过对南京长江砂土在等动应力比下的固结不排水动三轴试验，研究了饱和砂土在不同动应力路径条件下的强度和变形特民生，针对动静叠加的加载方式，给出一种合理的动强度的表示方法，试验结果表明，动 力路径对土的动强度和动应力变有关系有着显著的影响，在一定的等动应力比范围内，土的动应力应变关系具有较好的归一性。     

循环荷载下红层泥岩土累积变形特性

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究其在循环荷载下的累积变形特性。在动荷载不超过临界动应力条件下,红层泥岩土累积应变随循环次数的变化有一定规律性：应变在初期是快速增长,随着循环次数的增加,应变增幅减缓,最终达到稳定,且变形主要发生在前1 000次的循环阶段。基于动三轴试验结果,并考虑土的类型、应力状态、物理性质和循环次数等主要影响因素,提出了一个计算红层泥岩土累积变形的模型。该模型不仅能反映动、静偏应力和静强度的影响,还考虑了围压对累积应变的影响,能较好地反映累积应变的发展规律,而且模型参数具有明确的物理意义。通过达成线红层泥岩路基现场激振试验,验证了该模型的有效性和实用性。     

盾构隧道施工期间土体沉降计算分析

对重塑饱和砾质黏土进行室内动三轴试验。综合考虑土体固结围压、循环荷载幅值、加载频率3种因素共同作用下的循环累积塑性变形模型和循环累积孔压模型;基于试验结果讨论了应变沉降指数b值与孔压沉降系数N~β值随着循环次数的变化规律。试验结果表明:前10000次循环b值与N~β值的变化较大,且在前1000次变化最为显著;随着循环次数增加,b值呈现出递减的规律,而N~β与之相反;十万级循环次数下b值与N~β值逐渐趋于稳定。对某隧道区间进行施工沉降计算发现与实测沉降范围吻合较好;建议施工期间的土体沉降预测根据循环加载的次数来确定b值和N~β值,预测隧道的长期沉降时取稳定后的b值与N~β值计算。研究成果为预测隧道施工期间土体沉降提供了具有价值的参考。     

循环荷载下纤维加筋土与结构界面切特性研究

目前对于纤维加筋土体与结构界面的循环弱化影响规律尚需进一步研究。为此,针对循环剪切荷载下加筋结构力学特性变化规律,使用自主研发的大尺度恒刚度界面剪切仪,开展了纤维加筋土与结构界面在循环荷载作用下的力学特性试验研究。研究发现,界面剪应力、法向应力与剪切位移关系曲线分别呈"滞回环"和"碟"状发展,随循环次数的增加衰减速率逐渐减小,且峰值均出现在最大位移处。应力路径曲线呈"蝴蝶环"状发展,加入砂的土样界面摩擦角偏大。此外,由于纤维对土颗粒的约束作用,加筋土体的循环弱化程度小于非加筋土体。通过研究循环荷载下纤维加筋土与结构界面剪切特性,揭示了循环荷载作用下界面受力变形的规律和机理,为实际工程的应用提供参考。     

动力荷载作用下河道淤泥气泡混合土的变形特性试验

为了解河道淤泥气泡混合土(FMLSS)在动力荷载作用下的变形特性,采用室内动三轴试验研究了围压、含水率、水泥掺入量和气泡含量对FMLSS动变形特性的影响。试验结果表明:FMLSS的动应力应变关系曲线符合双曲线关系,在一定的动应力作用下,动应变随围压和水泥掺入量的增大而减小,随含水率和气泡含量的增大而增大;当动应变相同时,FMLSS的动弹性模量随围压和水泥掺入量的增大而增大,随含水率和气泡含量的增大而减小,动弹性模量与动应变的关系曲线为平缓衰减型;含水率和水泥掺入量是影响FMLSS变形特性的主要因素。     

外海大回淤沉管隧道沉降影响因素敏感性分析

深海沉管隧道的地基沉降受到多种因素影响,地基沉降过大会直接影响沉管隧道的安全,因此对影响地基沉降的各类施工偏差进行敏感性分析是十分有必要的。以港珠澳沉管隧道地基为研究对象,采用离心模型试验和有限元软件模拟的方法,揭示了天然地基回填再压缩量变化及地基刚度变化的特点,确定了影响港珠澳沉管隧道天然地基纵向沉降的单因素敏感性大小。结果表明：对沉管隧道沉降影响最大的施工偏差因素为基槽超挖与欠挖偏差,影响最小的因素为基槽单边宽度偏差;有基槽超挖与欠挖偏差存在时,组合工况对地基刚度的影响程度达到近50%,且当基槽超挖与欠挖偏差达到极限值时,该因素无论与其他何种敏感因素组合,对沉管隧道沉降特性的影响程度至少为20%;通过对敏感性因素的合理组合,发现纵向区段内最不利工况的分布形式是断面两侧取恒定极值,即非线性变化分布。研究成果可为其他类似工程提供借鉴和参考。     

循环应力作用下饱和软黏土的不固结不排水强度与破坏准则

通过循环三轴与循环扭剪试验,研究了饱和软黏土不固结不排水循环强度的变化。结果表明：当循环破坏次数给定后,饱和软黏土的不固结不排水循环强度取决于土单元受到的静剪 （偏） 应力,与其受到的围压无关;当作用在土单元上的静剪 （偏） 应力比从0.3变化至0.6时,饱和软黏土循环强度也逐渐增大。进一步,通过分析循环扭剪试验确定的循环剪切强度与循环三轴试验确定的循环压缩强度之间的关系,阐明了循环应力作用下饱和软黏土不固结不排水强度满足Mises破坏准则。依据本文研究结论,可以通过特定试验建立描述一般应力状态饱和软黏土单元不固结不排水循环强度的变化关系。     

循环应力作用下饱和软粘土的不固结不排水强度与破坏准则

通过饱和软粘土循环三轴与循环扭剪试验,研究了循环应力作用下饱和软粘土不固结不排水强度的变化。结果表明,当循环破坏次数给定后,饱和软粘土的不固结不排水循环强度取决于试验土样受到的静剪（偏）应力,与其受到的围压力无关;当作用在试样上的静剪应力比（静偏应力比）从0.3变化至0.6时,饱和软粘土循环强度也逐渐增大;进一步依据Mises破坏准则,通过分析循环扭剪试验确定的循环剪切强度与循环三轴试验确定的循环压缩强度之间的关系,阐明了循环荷载作用下饱和软粘土不固结不排水强度满足Mises破坏准则。依据本文研究结论,可以通过特定试验建立描述一般应力状态饱和软粘土单元不固结不排水循环强度的变化关系。