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.     

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.     

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。     

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。     

基于不同结构强度软粘土长期强度特性研究

天然软粘土一般具有结构性,土的结构性反映其内部颗粒孔隙连结及空间组合,决定了土体的物理力学效应,是软粘土长期强度的重要内在影响因素。为研究结构性强弱不同对软粘土长期强度特性的影响,人工制备含水率相同而结构强度不同的土体,对其进行三轴不固结不排水蠕变试验。试验结果表明,软粘土由于存在结构性,其长期强度具有明显差异。通过对不同结构强度土体蠕变等时曲线进行分析,建立了考虑结构强度影响的软粘土长期强度经验模型。利用本文建立的经验模型,以结构屈服应变(1.9%)作为人工结构性软粘土蠕变变形的破坏准则,结果表明预测值与试验值较为吻合,验证了本文建立的考虑结构强度影响的土体长期强度预测关系式的合理性。     

强震下饱和软粘土残余变形理论与试验研究

通过对杭州饱和软粘土进行双向激振循环三轴试验研究了强震作用下饱和软粘土的变形特性.重点分析了循环应力比、径向循环应力比与初始剪应力等因素对双向激振下饱和软粘土残余应变与软化指数之间关系的影响.通过引入综合影响参数对试验数据进行归一化,建立了双向激振下饱和软粘土残余应变模型.通过将该模型引入到修正的Iwan模型中对双向激振下饱和软粘土的应力-应变关系进行了描述,得到了与实测值比较吻合的结果,证明了所提残余应变模型的合理性.     

初始剪应力对饱和软粘土静、动力学性能影响——试验研究

通过静、动三轴试验,研究了初始剪应力对软粘土应力-应变关系、应力路径、孔压和强度的影响.研究结果表明,随着初始剪应力的增大,动应变和孔压增大,土体将在较小的循环次数下发生破坏.以转折应变为破坏标准,得到了不同初始剪应力下软粘土的动强度曲线;随着初始剪应力的增大,土体动强度减小.当不存在初始剪应力时,动强度随破坏循环次数的增多而衰减得较快,当初始剪应力较大时,其衰减缓慢.     

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。     

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%。     

循环荷载下煤矸石路基填料动力特性及骨干曲线模型研究

煤矸石作为煤矿建设和煤炭生产过程中所产生的废弃物,排放量与存储量巨大,将其用作路基填料,可产生较大的经济、社会和环境效益。通过大型动静三轴试验分析了循环荷载作用下煤矸石路基填料的动力特性,并对其骨干曲线的计算模型进行了深入研究。结果表明：循环荷载作用下煤矸石路基填料的骨干曲线并非呈现出良好的双曲线变化规律,试样的动应力随着动应变的增大而增大;随着围压的增加,试样破坏时的动应力与动应变均逐渐增大。基于动力特性试验结果,采用修正的Hardin-Drnevich模型分析了循环荷载作用下煤矸石路基填料的骨干曲线,分析表明：修正的H-D模型能取得更好的效果。在此基础上,建立了考虑围压效应的煤矸石路基填料骨干曲线计算模型。分析了循环荷载下煤矸石路基填料的动强度、动黏聚力等动力参数,求得了基于修正H-D模型的动弹模量计算公式,分析了循环荷载作用下煤矸石试样动弹模量与阻尼比的变化规律。     

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。     

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。     

循环温度荷载作用下饱和黏土的体积变形特性

采用温控三轴仪,研究了排水条件下温度循环引起的饱和黏土体积变化特性。试验结果表明,温度循环会使得土体产生不可恢复的体积变形,塑性体积应变的大小随温度循环周数的增加而增加,并逐渐趋于稳定值;若将经历过温度循环的土样重新加载到新的正常固结状态,后续温度循环中产生的塑性体积应变量值及发展规律与初始循环下的类似;同等温度增量下,体积应变的大小主要受超固结比OCR的影响,与应力水平无关。OCR越大,体积应变越小,随温度循环周数稳定的也越快。基于广义塑性理论,给出了热-力耦合作用下土体体积应变的计算模型。模型中考虑了温度塑性应变对屈服应力的硬化作用,根据屈服应力与前期固结应力之间的差异间接体现温度历史的影响,进而合理地模拟体积应变随温度循环周数的累积规律。利用所建立的模型对本文试验和文献中的数据进行了模拟,验证了模型的可靠性。     

循环荷载下饱和软黏土振后强度弱化研究

本文以宁波轨道交通淤泥质黏土为对象进行动、静三轴试验,探讨了不同围压、静偏应力、动应力作用下淤泥质黏土振后强度弱化规律和不排水剪有效应力路径发展规律,获得了土的强度弱化参数,结果表明:与常规不排水三轴剪切试验结果相比,振后孔压发展曲线表现出超固结土的特性,出现剪胀现象,动应力比、初始静偏应力比越大,越为明显;振后孔压累积,有效应力减小,抗剪强度随静偏应力的增大而减小,建立的u/σ3～qsd/qs线性表达式可较好地描述土的强度弱化比-归一化孔压之间的关系;随着静偏应力的增大,应力路径曲线而向左偏移,研究结果为轨道交通的动力设计提供了参考。     

考虑非达西渗流的天然结构性软土大应变非线性固结

天然软黏土的结构特性、大应变特性及低水力坡降下软黏土中的非达西渗流已渐被熟知。但同时考虑天然软黏土结构特性和非达西渗流的软黏土大应变固结理论仍鲜有报道。考虑非达西渗流和天然软黏土的结构特性对固结性状的影响,在拉格朗日坐标系中建立变荷载下软土一维大应变固结模型,并获得其有限差分数值解。在此基础上,与非达西定律下不考虑结构特性影响的软黏土大应变固结解对比,分析验证本文解的可靠性。最后,着重分析了非达西渗流、天然软土结构特性及外荷载对软黏土大、小应变固结性状影响的特征。结果表明:非达西渗流下土的固结速率相对于达西渗流延后,且非达西渗流参数越大固结速率延缓越明显,但其对土层最终沉降值无影响。相同非达西渗流参数下大应变固结速率快于小应变固结速率,但非达西渗流参数并不影响大、小应变固结速率的差异。当外荷载小于天然软黏土结构屈服应力时,土层在荷载作用下应变值较小,大、小应变固结速率的差异可忽略;随着外荷载的增加或结构屈服压力的减小,土层应变值逐渐增大,大、小应变固结速率的差异越明显。     

不同荷载振动模式下软黏土动力特性试验研究

针对宁波轨道交通影响范围内的④2层淤泥质黏土开展了不同振动模式下的动三轴试验,获得了单向纯压振动和单向拉压振动模式下的孔压、累积塑形应变和动弹性模量的变化规律,建立了孔压—振动次数、累积塑性应变—振动次数的指数函数关系,结果表明:静偏应力的不同为两种振动模式的本质区别;单向拉压振动下的孔压稳定所需的振动次数较单向纯压振动大,累积塑性应变比单向纯压振动小一个数量级;单向拉压振动产生的弹性应变较单向纯压振动大,动弹性模量则反之;所建立的描述孔压、累积塑性应变与振动次数关系的指数函数能较好地反映孔压、累积塑性应变斜率随振动次数的变化规律,研究结果可以为轨道交通设计和施工提供理论依据。     

海相结构性软黏土地基的沉降特性研究

通过室内试验获得了海相结构性软黏土的初始屈服面;考虑不同埋深处地基土的初始结构屈服面之间的相似性规律,应用结构性本构模型,结合工程实测数据,对海相软黏土地基土体屈服与地基沉降之间的关系进行了研究。结果表明,结构性本构模型能够较好地模拟海相结构性软黏土地基的沉降变形;结构性土地基的土体屈服是由浅及深逐步发展的,虽然存在低荷载时沉降小、高荷载时沉降大且呈非线性增大的现象,但这是渐变的过程,沉降量—时间—填土高度曲线上不能确定显著的转折点,通过观察沉降曲线的转折点来确定临界填土高度的方法将难以实现。     

k_0固结饱和黏土的动剪模量与阻尼比

通过k_0固结不排水动三轴试验,研究了初始有效平均应力、初始剪应力以及振动应力历史对k_0固结饱和黏土动剪模量和阻尼比的影响。结果表明,可以将振动累积应变作为反映振动应力历史影响的状态参数;将同一状态参数下的动剪模量表示为随动剪应变的变化关系可以反映初始剪应力对动剪模量和阻尼比的影响;依据不同状态参数对应的最大动剪模量确定规一化动剪模量随动剪应变的变化关系可以反映初始有效平均应力的影响。初始有效平均应力、初始剪应力以及振动应力历史对阻尼比随振动剪应变的变化关系影响较小,可以认为阻尼比随振动剪应变有唯一变化关系。因此,通过一个固结压力下的一组振动三轴试验,结合一个试样在不同振动累积应变与不同初始有效平均应力下的多级振动三轴试验,就可以建立反映初始有效平均应力、静偏应力与振动应力历史影响的k_0固结饱和粘土动剪模量与阻尼比变化关系。