饱和砂土地震液化后地面大位移特性研究

地震引起的地基液化常会造成地基大的侧向变形而导致灾难性的破坏,饱水砂土液化后的变形特性是地震液化大位移研究的基础。通过全自动多功能三轴仪的空心样动加载液化后的静扭剪试验,对饱水砂土液化后大变形特性进行了试验研究。结果表明,与常规静加载特性不同,饱水砂土液化后静加载时表现出单调剪胀的特性,加载初始阶段孔压基本不变,应变达到一定幅度后孔压一直减小,液化后变形曲线可分为低强度段和强度恢复段。低强度段模量近乎为零,强度恢复段试样强度不断增长。低强度段是液化后大变形发生的主要阶段。     

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。     

基于动强度试验确定饱和砂土弱化参数的方法∗

对于可液化土层,若土体发生液化则认为土体强度完全丧失;而对于没有发生液化的土层,一般不考虑超孔隙水压力对土体强度的影响。实际情况下,具有超孔隙水压力的饱和砂土在地震荷载作用下强度会发生弱化,以往对于可液化土层中桩土相互作用问题的研究都是针对土体完全液化的情况展开的,忽略了液化过程中超孔隙水压力对其强度的影响。通过竖向-扭转双向耦合剪切仪对福建标准砂进行循环扭剪动强度试验,结合MohrCoulomb强度理论,计算得到不同孔压比下饱和砂土的弱化参数,并根据有效应力原理建立了弱化状态下土体弱化参数与孔压比之间的数学关系。结果表明:液化过程中超孔隙水压力对土体强度弱化的影响可以用土体弱化参数来表示;孔压比越大,土体强度弱化越严重,相应的弱化参数也越小,反之则越大。     

动荷载作用历史对水泥固化钙质砂三轴力学特性影响

为研究动荷载对水泥钙质砂力学特性的影响,采用频率为1 Hz,振幅为1 mm,加载次数为1 000次的正弦波进行动荷载加载,对施加动荷载前后的水泥钙质砂分别进行静力三轴试验。考虑了4个水泥含量、2个龄期和4个围压的影响。试验结果表明：（1）水泥含量越大,水泥钙质砂的应变软化特性越明显,水泥增大了钙质砂的峰后脆性;（2）水泥钙质砂破坏偏应力随水泥含量、围压和龄期的增大而增大,建立了以围压和水泥含量表示的破坏偏应力二元一次多项式模型;（3）经动荷载作用后,纯钙质砂的强度有所提高,水泥钙质砂的强度出现折减,建立了以水泥含量和龄期表示的强度折减率二元二次多项式模型;（4）水泥提高了钙质砂的粘聚力,对钙质砂的内摩擦角无影响,动荷载作用对水泥钙质砂的破坏也主要体现在对水泥胶结结构的破坏导致的粘聚力下降。研究结果为水泥固化钙质砂在实际工程中应用提供参考。     

饱和砂土循环液化模式影响因素试验研究∗

通过室内试验探讨了振动频率、骨架相对密实度、填料含量及成分对砂土循环液化强度及液化模式的影响。 针对相对密实度分别为 35%、50% 和 80% 的砂骨架中添加 0%、5%、8%、10%、15% 和 20% 等不同质量的填料(粉土、粉质黏土)进行了循环扭剪试验,循环加载频率为 0.1、1 Hz。结果表明：砂土循环液化模式与振动频率密切相关,振动频率较高时,呈现显著的软化特征和流滑现象,振动频率较低时,呈现剪胀和循环活动性;循环液化模式与骨架相对密实度密切相关,填料含量及填料成分对动强度具有较显著的影响,但填料含量在一定范围内并不影响循环液化模式,填料成分对循环液化模式产生一定影响。     

寒区冻结冰碛土的变形特性与非线性本构模型研究

为了研究寒区冰碛土的变形特性和本构模型,应用MTS-Landmark 370.10型动静三轴测试系统对冰碛土在温度为-3、-5 ℃,围压为0.1、0.5、1、4、8 MPa时开展低温常规三轴试验。结果表明:冰碛土的应力应变关系曲线均为应变软化型,可分为线性、非线性和应变软化3个阶段;围压越大,软化现象越明显;随轴向应变的增加,试样先体缩再体胀。基于试验结果在沈珠江三参数模型和修正邓肯-张双曲线模型基础之上提出一种改进模型,将改进模型与沈珠江三参数模型、修正邓肯 张双曲线模型的拟合结果进行对比,发现改进模型能较好描述冻结冰碛土的应变软化现象和剪胀特性。     

中线法堆坝尾矿料的动力特性实验研究

以云南迪庆羊拉铜矿的尾矿料为研究对象,通过大量动力三轴试验,研究了中线法堆坝工艺所要求的不同粗粒含量尾矿砂的动力液化特性。结果表明,粗粒含量对尾矿砂的动力特性具有重要影响,粗粒含量变化与尾矿料动应变和动孔压变化特性之间存在紧密的相关性,随着粗粒含量的增加,尾矿砂动强度总体上呈增大趋势;动孔压的增长特性也具有类似规律,但三者在动应变达到5%时,其值均远小于围压。动应力对动应变影响显著,应力幅值越大,达到破坏标准的振次越少;动强度则随着固结压力增加而增大;而固结比Kc对动强度的影响不是单一的增大或减小,Kc=1.5时,其动强度比Kc=1.0,2.0的都大。试验同时表明,粒径组成粗细兼顾,级配良好的尾矿砂通常比粒径单一的粗尾砂具更好的抗液化性能,在通过提高粗粒含量来增大尾矿砂抗震性能时,还应考虑颗粒级配特性的影响。     

粗粒料颗粒形状对材料宏观力学性能的影响∗

粗粒料的颗粒形状是影响材料宏观力学性能的重要因素,大型三轴试验的局限性限制了粗粒料微观结构对力学性能影响的研究。基于二维颗粒流理论,利用PFC2D建立4种不同形状的颗粒簇,进行了双轴实验的颗粒流数值模拟,建立形状与宏观力学性能和变形特征的相互关系。结果表明:颗粒形状系数与材料内摩擦角近似呈线性关系,随着形状系数的增加内摩擦角递减;材料强度峰值和残余强度随着颗粒形状系数的增加而减小;材料初始切线模量随着形状系数的增加而减小;数值模型在加载过程中先出现剪缩效应,后产生剪胀效应,且同一形状颗粒的试样,围压越大,剪胀变形越明显;不同形状颗粒的试样达到最终应变软化状态之前,形状系数越小,剪缩效应越不明显,反之,剪胀效应越明显。     

成样方法对多种土体排水剪切试验结果的影响对比

通过利用干、湿2种成样方法制备的松、密状态的细砂、中砂、粉砂和粉土试样的三轴固结排水剪切试验的结果对比,分析了分别采用干装法、湿装法制备的试样试验结果的共性和差异,并对比了其应力应变关系、体变关系、有效应力比等特性。结果表明:4种土体分别采用干装法和湿装法制备试样所获得的试验结果均存在差异,且密实状态下的差异不如疏松状态下的明显。疏松状态下,湿装法试样基本呈现应变硬化和剪缩现象,而干装法试样均呈现应变软化和剪胀现象;密实状态下,干装法试样呈现应变软化和剪胀现象,湿装样试样则呈现应变硬化和剪缩现象。通过对不同土体抗剪强度指标的对比发现,干装法试样的强度指标均大于湿装法试样。     

复杂应力路径下饱和粉土孔压与变形试验研究

为了研究均等固结条件下复杂应力路径(循环应力比CSR和循环加载幅值比δ)对饱和粉土孔压和变形的影响,利用GDS空心圆柱扭剪仪,开展了轴向-扭转耦合循环加载的重塑饱和粉土不排水试验。采用累积广义剪应变γg来描述粉土在复杂应力路径下的变形,并以γg=5%为液化破坏标准。研究表明:(1)未液化粉土γg的发展趋势可以通过修正Monismith模型较好地表示,模型得到的预测值与测量值的误差大致在10%以内。(2)当CSR≤0. 05时,CSR和δ对于粉土γg随孔压比ru增大而增大的影响不明显,此时粉土γg几乎不发展且ru远小于1. 0。(3)粉土在不同应力路径下的临界循环应力比CSRth有所不同,当δ=1时,0. 05 CSRth≤0. 065;δ=2时,0. 065 CSRth≤0. 08;δ=4时,试验粉土均不会液化。     

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。     

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。     

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.     

孔隙压力对含随机缺陷岩石破坏过程及全部变形特征的影响

对于平面应变压缩条件下含有随机缺陷的岩样,利用FLAC研究了孔隙压力对岩样破坏过程、全部变形特征及前兆的影响。以前编写的若干FISH函数,被用于生成缺陷和计算轴向、侧向、体积应变及侧向应变与轴向应变比值的负值(计算得到的泊松比)。在峰值应力之后,密实岩石单元服从线性应变软化行为及随后的理想塑性行为,而材料缺陷呈现理想塑性行为。当孔隙压力较高时,应力—侧向应变曲线具有一平台;破坏的前兆更明显;变形后岩样的体积总是大于原始体积;在初始加载阶段、均匀变形阶段及峰后变形阶段,由于明显的侧向膨胀,计算得到的泊松比远大于0.5。当孔隙压力较低时,在峰值应力之前,变形后岩样的体积小于原始体积,体积扩容出现于峰值应力之后,引起了负的体积应变。利用广义虎克定律,解释了平面应变弹性状态下数值结果的合理性。对岩样进行带状区域扫描后,确认随机缺陷的初始分布与岩样的最终破坏形态紧密相关。     

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.     

高应力作用下钙质砂压缩及颗粒破碎特性试验研究

钙质砂是我国南海岛礁建设的主要材料,因其特殊的生物成因和独特的颗粒结构,其工程力学特性与常见陆源砂有较大差异。通过自行设计的高强加载压力室在三轴固液耦合试验机下对钙质砂进行终止应力在2~100 MPa间的侧限压缩试验,研究了钙质砂在高应力水平下的压缩和颗粒破碎特性,并通过相同试验工况下的石英砂单向压缩试验来进行对比研究。试验结果表明:在高应力作用下,钙质砂比石英砂的压缩变形量大,钙质砂的压缩屈服应力在2 MPa左右,远小于石英砂。钙质砂和石英砂在高应力作用下均会产生明显颗粒破碎,但钙质砂在应力作用下先于石英砂产生颗粒破碎。通过对颗粒破碎进行量化分析发现,两种砂样的颗粒破碎程度均先随应力的增大而增大,随后出现趋于稳定的趋势。     

地基液化导致沉箱码头破坏及地基加固方法的非线性数值分析

地震作用引发的地基液化,往往导致沉箱基础的破坏。本文基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用FE-FD耦合数值分析方法,对液化海床沉箱基础的地震反应进行非线性有效应力分析。在数值分析过程中,建立了以土骨架位移和超静孔隙水压力表达的us-pw动力固结方程和循环弹塑性本构模型,该方法能够很好地模拟地震作用下沉箱码头的动力特性及液化破坏的影响。通过数值模拟计算,分析了采用碎石桩进行置换砂区域的防液化加固方法,并就碎石桩处理区域的选择提出了建议。     

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.     

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。     

波浪荷载作用下非均等固结饱和粉土孔压特性研究

选用近海地区分布广泛的粉土作为研究对象,利用空心圆柱仪进行了模拟波浪荷载作用下的循环三轴-扭剪耦合试验,探寻非均等固结条件下饱和粉土孔隙水压力的发展特性。试验结果表明:非均等固结条件下,饱和粉土孔压比与广义剪应变之间的关系符合双曲线发展形式,孔压比与振次比之间的关系可以用幂函数来较好地拟合。根据极限状态的摩尔—库仑定律,推导了少粘性粉土孔隙水压力极限值计算方法,并将计算值与试验值进行了比较。孔压比和固结比的计算值与试验值之间均符合直线型关系,且固结比越小,计算值与试验值之间的差异越小。