循环荷载作用下加筋土路基动力响应研究∗

为明确模块面板式加筋土路基在顶面循环荷载作用下的受力变形规律与机制,以延安市某加筋土路基工程为背景,开展动三轴试验,关注不同荷载强度下试样动应力、动应变等多项指标的演化趋势,同时搭建加筋土路基数值模型并完成计算,明确路基水平沉降与面板侧向位移的潜在规律,进而探讨循环荷载作用下加筋土路基工程的动力响应机制。认知如下：在循环荷载的参与下,累积轴向塑性应变随加载次数的增加呈增长趋势,即先快速增大,随后趋缓,最后稳定;塑性应变曲线形态不一,呈“宽胖型”与“陡峻型”并存的态势;Monismith 模型和改进 Monismith 模型均可较好表达累积轴向塑性应变与循环次数的内在联系,但改进 Monismith 模型更为理想,动应力幅值越大,试样变形稳定所需加载次数越多;路基沉降和面板水平变形随着荷载强度的增加而增大,但所据位置较为稳定,其中峰值路基沉降始终处于载荷外侧处,峰值水平变形则位于 0.36~0.43 h 区间。     

循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力—应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量G_(sec)和最大割线模量G_(max)的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。     

高铁荷载作用下基床填料的动三轴模量试验研究

依据高铁路基基床的工作条件,推导出室内三轴试验模拟列车荷载的围压范围为10~150kPa,频率范围为1~5Hz。在此基础上开展高铁基床填料AB组料动三轴试验研究,分析了列车荷载下围压、压实度、加载频率对AB组料动弹性模量的影响。试验研究表明:AB组料的动应力—动应变关系具有明显的非线性特征和应变软化特征,动弹性模量的倒数与动应变曲线基本呈线性关系,说明AB组料的动本构关系符合Hardin双曲线模型。动弹性模量随围压的增大而增大;随压实度的增大,动弹性模量呈非线性增大;加载频率对动弹性模量有一定的影响,当应变小于0.05%时频率对动弹性模量影响较大,但应变超过0.05%时,频率的影响可以忽略。     

振动频率对饱和软粘土相关性能的影响

通过循环三轴试验研究，振动频率对软粘土应力-应变关系、孔压、动强度以及动模量的影响。以转折应变为破坏标准，得到了不同振动频率下软粘土的动强度曲线。随着振动频率的增大，土体动强度增大，但当振动频率大于2Hz后，动强度的增幅减小。随着动应变的增大，动弹模量逐渐减小；频率越低，相同动应变下的动模量越小，频率越高，动模量越大。     

先动后静荷载联合作用下结构性软粘土力学响应

为研究结构性软粘土在先动后静荷载作用下的力学响应特性,利用动静扭剪仪对天津滨海结构性软粘土进行了不同动应力幅值和波形的循环荷载作用,当动力累积塑性应变达到不同控制值后,再对土样进行静力三轴剪切试验。试验结果表明,在循环荷载作用下,累积塑性变形不断增大,土体结构破损加剧,随着先期动应力幅值和累积塑性应变的增大;之后,静力三轴应力应变关系曲线由应变软化型逐渐变为硬化型,其区分界限(1.25%)即为结构屈服应变;以结构屈服应变为分界点,相同围压下静力破坏应力随累积塑性应变的增大呈先快后缓的下降趋势。     

循环荷载对饱和黄土动剪模量的影响研究

利用装有压电陶瓷弯曲元的双向振动三轴仪对饱和黄土进行了循环荷载试验,并根据静力固结条件下黄土的动剪模量发展规律建立了基于哈定方程的拟合曲线;将循环荷载作用下的动剪模量与静力固结下的动剪模量进行了对比研究,并根据轴向应变的发展规律,确定了以上2种条件下动剪模量产生差异的原因:试样结构性破坏,土颗粒重排列,土体具有很高的敏感性。对于振动过程中的暂停对试验的影响进行了研究,认为由于暂停时间很短,可以忽略这种影响。在振动结束后,对试样在原压力下重新进行固结,结果表明,固结完成后,试样的动剪模量增大,且增大幅度随着密度的增加而变小。     

循环荷载下温州超固结软土动强度与变形分析

通过循环三轴试验对循环荷载作用下温州超固结软粘土的动力特性进行了研究.重点分析正常固结、轻超固结和强超固结软粘土在循环荷载作用下动应力、孔压及轴应变随循环次数变化的规律.研究结果表明,循环荷载作用下超固结软粘土将产生负孔压.对于轻超固结软粘土,负孔压将发生转向;而对于强超固结软粘土,孔压始终向负孔压方向发展.随着超固结比的增大,土体的动应变累积速度减慢,转折应变随之减小,而临界循环应力比随之增大.随着超固结比的增大,土体的动强度增加.与正常固结比相比,超固结软粘土的动强度曲线更平缓,强度衰减速率更小.     

加筋土动力特性的三轴试验研究

为了研究加筋土的抗震性能,在GDS高级动态三轴测试系统上对不同加筋层数的试样进行了不同围压和不同动应力作用下的动三轴试验.试验结果表明:动荷载作用下加筋可以约束土体的侧向变形,增强土体的抗震性能,但其效果与加筋层数有关;轴向累积应变与时间成对数关系.随动应力幅值的增加,试样轴向累积应变增大.围压越大,轴向累积应变越大.     

筑坝反滤料动模量和阻尼比影响因素的数值模拟研究

土体动模量和阻尼比是动力学特性的重要表征参数,在工程抗震分析中起到不可或缺的作用。在对动模量和阻尼比试验成功模拟的基础上,改变数值模型中相应的试验条件,探讨了试验中土体动模量和阻尼比的影响因素固结比、围压、试样级配、试样密实度和动应力频率。结果表明:筑坝反滤料的固结比对动模量的影响比较符合Hardin推导公式的结果;最大动模量与围压呈正比;随着密实度的降低,最大动模量亦降低;动应力频率对动模量和阻尼比基本无影响。     

橡胶黏土混合土动剪切模量及阻尼比试验研究

为了研究橡胶黏土混合土动力特性,将橡胶掺入黏土,在4种围压下对5种不同配比橡胶黏土混合土进行室内动三轴试验以研究橡胶含量及围压对混合土动剪切模量和阻尼比的影响。结果表明,相同围压下,混合土动剪切模量较素土有很大降低,随着橡胶含量的增多而逐渐降低且降低速度由快变慢,动剪切模量与动应变关系曲线非线性特征减弱。阻尼比随着橡胶含量增加逐渐增加,且均较素土有显著提高。相同橡胶含量时,动剪切模量随着围压增大而增大,动剪切模量与动应变关系曲线线性特征增强,阻尼比随围压增大而减小。橡胶黏土动剪切模量与动应变关系可以用H-D模型表示,最大动剪切模量与围压之间的关系可以用线性函数表示,阻尼比与动应变关系可以用修正的陈国兴模型表示。结果证明,橡胶黏土混合土具备较好的隔震减震性能。     

交通荷载作用下饱和软粘土孔压-应变分析模型

针对交通荷载的作用特点设计了循环三轴试验,进而对交通荷载作用下饱和软粘土的动力特件进行厂研究.结果表明:循环荷载作用下,饱和软粘土存在临界循环应力比,采用孔压曲线所得到的临界循环应力比要小于采用应变曲线所得到的临界循环应力比.当土样不存在初始剪应力时,随着循环次数的增加,土样的应力-应变关系曲线近似原点对称,但随着初始剪应力的增大,应力-应变关系曲线逐渐表现为一系列平行曲线,峰值孔压与循环孔压幅值均逐渐减少;同时,轴应变的发展加快,但循环应变幅值逐渐减小.当循环应力比小于临界循环应力比时,对于同一初始剪应力,不同循环应力比下的孔压比-动应变曲线近似集中在同一条曲线上.通过对试验数据进行回归分析,得到了交通荷载作用下饱和软粘土残余孔压-累积塑性应变关系模型.     

交通荷载作用下非饱和土的动力特性试验研究

通过泥浆固结法制备大量均一试样,基于改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪进行了动三轴试验,研究了非饱和粉质粘土在交通荷载长期作用下的动强度和变形特性,同时分析了在饱和条件下反复干湿循环对其动强度的影响。结果表明:基质吸力的增加提高了土体抵抗变形的能力,相同动应力及振次条件下,土体的累积塑性应变随着基质吸力的增加而减小;土体的临界循环动应力以及动强度随着基质吸力的增加而增大,但动强度随基质吸力增加而增大的速率随基质吸力的增加而减小;干湿循环对粉质粘土的动强度有显著影响,使得土体的动强度提高。     

华南典型路基红黏土动力学特性动三轴试验分析

红黏土是华南地区典型的路基土类之一,其长期循环荷载作用下的动力学特性目前研究不多。利用室内动三轴试验,对4类重塑红黏土样的动应力应变关系、动应力累积效应、以及循环门槛应力比展开研究。研究结果表明:密实度对红黏土路基强度的影响远大于路基红黏土含水量的影响;正常运营条件下,长期车辆荷载导致的路基竖向变形与加载次数之间呈现稳定型关系,因此不会导致红黏土路基过度变形而诱发路基失稳等病害;华南地区红黏土反复荷载下其循环门槛应力比一般处于40%～50%之间,建议取值为45%。     

橡胶颗粒土动剪模量与阻尼比的共振柱试验研究

废旧轮胎橡胶颗粒与砂土组成的橡胶颗粒土相比于纯砂而言,具有密度轻、弹性变形能力强、耗能大、剪切模量低等特点,可广泛应用于边坡、挡土墙和路基回填、桥台跳车治理以及建筑隔震减振等工程领域。通过共振柱试验,重点对比研究了橡胶含量、粒径及围压对混合土动剪切模量和等效阻尼比的影响规律。结果表明,小应变范围内,在围压和粒径相同时,随橡胶含量的增加,橡胶土动剪切模量减小,阻尼比增大,动剪模量比衰退变缓;含量和粒径相同时,围压增大,动剪模量增大,动剪模量比衰退变缓,阻尼比减小。在大应变幅值下,橡胶含量较低时,随着围压增大,动剪模量比衰退明显加快;而当橡胶含量较高时,围压对其影响与小应变范围相同;而围压与橡胶含量相同时,不同橡胶粒径的模量与阻尼比曲线非常接近。橡胶土的动剪模量与阻尼比主要受橡胶含量与固结围压影响,而粒径影响可忽略不计。     

斜坡振动台试验模型相似材料的动力特性研究

利用动三轴试验仪器,研究了斜坡振动台试验中的模型相似材料(模拟软岩和软弱夹层)的动力特性。试验结果表明,循环荷载作用下,软岩弹性变形迅速,荷载翻转处滞回环呈"尖叶状",而软弱夹层则相反,为"椭圆状";不同围压下,2种材料的动弹模均大于静弹模,骨架曲线近似双曲线,1/Ed—εd呈近似线性关系;随着围压的增大,软岩相似材料呈应变硬化的趋势,而软弱夹层则相反;软岩和软弱夹层相似材料阻尼比随动应力增加而增大,但相同应力状态下,软弱夹层阻尼比是软岩的1.5~5倍,与此对应,薄夹层斜坡较厚夹层斜坡动力响应更强,破坏规模和范围更大。该研究结果可供强震下斜坡的非线性动力响应分析借鉴。     

饱和重塑黄土动力特性及残余变形规律研究

在不同固结条件下对饱和重塑黄土进行动三轴试验,探讨了饱和重塑黄土在固结排水下的动应力应变、体变、残余应变特性,以及固结不排水条件下的动孔压、有效应力路径等特性。并基于三轴试验结果,修正了残余剪应变增量、残余体积应变增量的经验公式。试验结果表明:排水条件下,动应力、围压和固结应力比变化对饱和重塑黄土的体变曲线形态和体变值有较大影响。在均压固结和偏压固结条件下饱和重塑黄土均产生较大的残余应变,围压、动应力变化对残余应变增长曲线基本上无影响。残余剪应变比增长曲线在均压固结和偏压固结时具有相同的形态,都可以用指数函数来描述;而残余体变比-振次比关系在均压固结时呈线性分布,而偏压固结时呈指数型分布。不排水条件下,随着固结应力比的增大,孔压增长曲线由明显上凸型向微凸型转变,孔压比的增长速率也随着围压的增大而减小。     

钙质砂动力液化特性的试验研究

我国南海分布有大量的钙质砂,在波浪或地震等动荷载作用下会发生液化。利用土工动力三轴仪进行了南海钙质砂的动力液化特性试验。试验表明,在等压固结条件下,不同围压下饱和钙质砂试样的变形模式基本相同,加载初期试样抵抗变形的能力较强,试样的应变幅值较小,孔隙水压力几乎呈单调上升,该阶段孔压仅有很小的波动,且动应变幅值几乎不发生变化。随后孔压发展进入加速阶段,试样软化明显。在循环加载过程中,剪缩与剪胀交替出现,孔隙水压力产生较大的波动,试样软化会使得剪应变持续增加,同时试样的剪胀反应又使每一循环中试样的液化趋势减弱,变形发展受到抑制。     

冻融循环作用下西宁地区黄土动力特性试验研究∗

黄土作为一种广泛分布在青海省境内的特殊土，长期承受冻融循环与地震荷载的双重影响，其地震易损性和水敏性的问题一直被广泛讨论。为寻求黄土在冻融循环和动荷载耦合作用下动力特性的变化规律，以西宁地区黄土为研究对象，施加正弦波形式的循环动荷载，开展动三轴试验，分析了围压、冻融循环次数和动剪应变幅值 γ_d对黄土的骨干曲线、动剪切模量 G_d、动剪切模量比 G_d/G_{d max}及阻尼比 λ 的演变规律。结果表明：黄土的骨干曲线在经历 6 次冻融循环后趋于稳定，可将骨干曲线的发展过程分为弹性阶段和弹塑性阶段；分别采用 Hardin?Drnevich 模型和改进的 Hardin?Drnevich 模型对动剪切模量曲线进行拟合，发现用改进的 Hardin?Drnevich 模型拟合动力参数效果较好；随着围压的降低，G_d/G_{d max}?γ_d关系曲线分布更为分散且有逐渐减小的变化趋势；随着 γ_d的增大，λ 不断增大，且土体在各围压条件下，经历不同冻融循环次数后，G_d/G_{d max}和 λ 存在最大值和最小值。该研究初步掌握了青海地区黄土在冻融循环作用下的动力学参数，研究成果可为寒区抗震设计提供设计参考。     

复杂应力条件下EPS颗粒轻质混合土的动模量和阻尼比特性

目前EPS颗粒轻质混合土的动变形特性研究主要借助于常规的动三轴剪切试验,受仪器条件限制往往不能考虑EPS颗粒轻质混合土的复杂初始应力状态,也不能考虑复杂的应力路径,比如地震、波浪以及交通荷载等。针对这一问题,利用GDS空心圆柱扭剪仪,考虑复杂初始应力状态,研究交通荷载作用下EPS颗粒轻质混合土的动变形特性,分析EPS颗粒体积比Ve/Vs、初始平均有效固结压力p0、初始固结应力比R0、初始中主应力系数b0和初始大主应力方向角α05个因素对EPS颗粒轻质混合土的动模量和阻尼比特性的影响。试验结果表明:Ve/Vs对试样动力变形特性的影响与p0有关;在相同应变水平下,随着R0增大,试样的动模量增大,而阻尼比变化不大;p0对试样动力变形特性有显著影响,相比之下α0和b0的影响较小。     

橡胶水泥土动力特性的试验研究

通过动三轴试验,研究了橡胶水泥土复合试样的动强度、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律,着重研究了橡胶粉掺量、围压和应变3个主要因素的影响并分析了内在机理。在围压不变的情况下,随着橡胶粉掺量的增大,橡胶水泥土复合试样动强度降低。围压越大,动强度越高,受橡胶粉掺量的影响越小。随着围压的增大,动弹性模量增大而阻尼比减小;随着橡胶粉掺量的增加,动弹性模量减小而阻尼比增大。通过数据拟合,得到了橡胶水泥土动弹性模量和阻尼比的计算公式。橡胶粉可以提高水泥土吸收能量的能力,采用橡胶水泥土作为地基处理材料时,能够起到减震的作用。