砂土速率相关黏性特性的有限元分析

根据复杂加载条件下饱和砂土排水平面应变压缩试验,分析了砂土的速率相关的黏性特性.试验发现砂土存在显著的加载速率效应、蠕变变形和应力松弛,并且在应变速率突变、蠕变或应力松弛之后,以新的应变速率重新加载时呈现出高刚度行为.针对砂土的变形强度特性提出了一种非线性有限元计算方法,砂土本构关系采用了三要素弹黏塑性本构模型.将有限元计算结果与试验结果进行比较,表明建议的有限元计算方法不仅可以较为精确地模拟砂土的平均应力-应变关系,同时也可以模拟包含变应变速率加载、蠕变加载、应力松弛加载的全过程黏塑特性.     

抽注水作用下含水层砂土变形特征试验

基于抽注水条件下含水层土体应力状态和应力路径的理论分析,采用FlowTracⅡ增量固结试验系统,通过控制孔隙水压力实现了对实际含水层抽注水条件下土体应力状态和应力路径的模拟,探讨总应力不变条件下,孔隙水压力诱发的土体变形特征;指出常规单向压缩试验结果描述抽注水条件下含水层土体变形特性存在局限性,验证了土体变形特性随应力水平η变化的规律;不同粒径砂土的孔压加载试验表明抽水条件下含水层砂土的变形不是瞬时产生的,其变形存在滞后效应及蠕变特性,抽水应力路径下砂土的平均应变速率与时间关系在双对数坐标中呈现近似线性关系。     

饱和砂的动孔压演化特性试验研究

利用GDS 10 Hz/20 kN双向振动三轴系统,对饱和砂进行不排水动三轴液化试验,研究了液化进程中动孔压的发展规律,并阐述了动孔压的演化机理.基于试验结果,提出适用于饱和砂的动孔压应变模型.该模型直接和动力分析中应变幅相联系,能够弥补应力模型的不足,并具有较好的适用性.等压固结条件下,动应力和固结压力对动孔压比与动应变比的关系影响较小,动孔压发展规律可近似用同一模型表示.不同动应力和固结压力作用下,饱和砂土动孔压的增长模式用Seed提出的孔压应力模型描述时,试验常数可取相同值.     

考虑围压和密度的饱和砂土液化后单调加载本构方程

为评价地震液化时饱和砂土初始液化后变形,研究了有效围压和密度对饱和砂土液化后单调加载应力应变的影响。基于初始液化后加载试验结果,改进了模拟饱和砂土液化后单调加载的本构方程,考虑了围压和密度的影响,并给出了门槛剪切应变随围压变化的关系式。结果表明:密度的影响可以由临界应力状态线的斜率的变化来体现;有效围压变化的影响可以由门槛剪切应变的变化来反映。     

空心扭剪试验技术在南海钙质砂动强度测试中的应用

通过对中砂空心圆柱试样制备和饱和方法进行改进,结合动循环应力加载方式的实现,完善了复杂应力路径加载下砂土动力特性室内试验测试技术,并应用于南海钙质砂动力特性研究项目中,重点研究了偏应力比、平均主应力对饱和钙质砂动强度特性和孔压增长模式的影响。结果表明:土体动强度随平均主应力的增加而提高,随初始偏应力的增加而降低;不同初始偏应力比下归一化孔压发展规律较为接近,且表现出良好的对数函数关系。     

砂土液化特性MTS动三轴试验研究

基于MTS动三轴试验,研究了砂土液化过程中振动孔压的发展规律,获得了偏压固结条件下振动孔压计算模式.结合应力-应变滞回环,将液化过程划分为4个阶段,并对各阶段的轴向应变发展特点进行了分析.通过研究液化过程中动模量的衰减特性,得到了动弹性模量和动剪切模量随应变发展的衰减特性曲线,并研究了砂土的抗液化强度.     

阶段性循环载荷对突出煤样渗透特性的影响

利用自行研制的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流系统”,进行固定瓦斯压力及不同围压和循环载荷情况下突出煤煤样变形渗透特性试验研究。结果表明：加载路径对煤样的力学特性影响显著,循环载荷试验和全应力应变曲线总体趋势相同,循环荷载作用下煤样的峰值应力比全应力应变的低;煤样在周期性循环荷载作用下的卸载应力应变曲线与加载应力应变曲线不相重合,形成封闭的滞回环。渗透率与煤样的损伤变形进程密切相关,在循环荷载下,渗透率在卸载过程中逐渐增大,加载过程中逐渐减小;卸载时渗透率应变曲线和加载时渗透率应变曲线会围成封闭环,与煤样的轴向应力应变封闭滞回环相对应,其所围面积随着围压和应力水平增加而减小。     

黄泛区粉砂土Duncan-Chang双曲线模型参数确定

黄泛区粉砂土具有特殊性,其力学性能也为工程界所关注.本文以开封地区粉砂土为研究对象,在GDS三轴仪上通过控制不同的围压对土样进行固结不排水静三轴剪切试验,得到了土的应力随轴向应变的变化规律;通过试验数据分析和理论计算,对黄泛区饱和粉砂土的Duncan-Chang双曲线模型参数进行了系统研究.研究结果表明,土的应力随着轴向应变增加呈现递增趋势,黄泛区粉砂土的应力-应变曲线表现为应变硬化型;通过利用邓肯-张双曲线模型计算得到的黄泛区粉砂土应力-应变值,与试验测定的结果进行对比,经分析其误差在允许范围内.本文研究内容可为黄河两岸及周边地区的工程施工和设计提供参考依据.     

不同应力条件下饱和尾粉砂的静力学特性

为了得到饱和尾粉砂在高应力条件下的静力学特性,通过不排水静三轴试验分析了饱和尾粉砂在不同围压下的应力-应变规律、孔压-应变曲线的增长规律以及应力路径。结果表明：在低应力条件下孔压增长相对缓慢且土颗粒间的相对作用力较小,剪胀现象明显;当围压升高后土体被逐渐压密则表现出了应力增量引起的应变增量越来越小的现象;当围压到达一定值后表现出类似于脆性材料的破坏形式;随着围压的升高土样孔隙水压力逐渐增大;破坏时的偏主应力随着围压的增大先增大后减小;高围压和低围压的应力路径破坏线斜率相反。     

固结应力比对不同应力路径下饱和原状黄土孔压特性的影响

对杨凌饱和原状黄土在均压固结和K0固结条件下进行了不同应力路径饱和固结不排水三轴剪切试验,探讨了固结应力比对不同应力路径饱和原状黄土孔压发展特性的影响,提出了饱和黄土的孔压方程。研究结果表明：①当忽略被动压缩应力路径在较小围压开始阶段所产生的极小负孔压值时,均压固结和K0固结饱和原状黄土在不同应力路径下随轴向应变（压缩或挤伸）的增大,孔压均为正值;②应力路径对饱和原状黄土的孔压发展特性有很大的影响,但均压固结时应力路径对孔压特性的影响规律与K0固结时明显不同;③固结围压相同时,固结应力比对孔压发展有显著的影响,且固结应力比对不同应力路径下孔压发展的影响是不同的;④孔压方程的参数随固结应力比及应力路径的变化而变化。     

往返荷载下饱和砂土瞬态孔压的数学模型及其初步验证

本文基于对往返荷载下饱和砂土瞬态孔压变化机理和定量分析途径的已有研究成果,通过振动三轴试验,建立了计算往返荷载下饱和砂土瞬态孔隙水压力的具体数学模型。该模型考虑了导致瞬态孔压波动发展的主要因素,据初步的模型计算和试验测定结果的对比,表明该模型能够模拟瞬态孔隙水压力的实际变化过程.     

黄土状土和火山灰粘性土的动剪强度研究

实际地震危害表明,不仅饱和的细砂、粉砂地基会产生液化,而且饱和的粉土、粉质土地基也会产生液化．文中通过对我国西北地区特殊土———黄土状土和日本的特殊土———火山灰粘性土（广泛分布于日本关东地区,且大量用于道路填土工程）进行了一系列动力三轴试验,研究了它们在动荷作用下的动力特性,孔隙水压力的变化以及动、静强度的比较,测定并分析了不同的固结比对破坏时土的动剪强度和动孔隙水压力的影响,得出了黄土状土的动剪强度随相对密度变化的关系及火山灰粘性土的动剪强度随固结比变化的关系式．     

研究液化的三维动力非线性有限元法

提出结点等价体积和三维结点等价流量的概念，综合研究了孔隙水压力在地震过程中发展和消散，考虑了正应力、剪应力及循环次数因素对其的影响，推导出液化问题的三维动力非线性有限元理论公式，实例分析说明理论推导正确，支算简捷，对工程有实用价值。     

考虑孔压消散时黏土的动变形研究

针对饱和黏土随时间的增加不断排水的情况,在不排水动剪切之后,实施了孔压消散阶段,并对不同消散程度土体的不排水剪切变形进行了研究.结果表明：完全固结后,饱和黏土刚度与动强度将会提高,再次保持原动应力水平不排水剪切时,土体轴向塑性变形基本不发生变化;当孔压消散与不排水动力剪切重复作用时,土体的变形主要来自于固结排水产生的轴向形变,且动剪切产生的动孔压与固结时的排水量随固结次数的增加而减小,并最终趋于稳定.随着固结度的增加,不排水剪切时的动变形不断减小.     

主应力轴旋转下饱和黏土动力特性的试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,对使用真空抽吸法制备的黏土试样,进行了耦合循环剪切试验.探讨了主应力轴连续旋转下,空心试样在微幅应变下的动力特性研究.试验结果表明:耦合试验得到的竖向分量动弹性模量和扭向分量动剪切模量的发展趋势与常规动力特性试验的动模量发展趋势基本一致:实测的竖向Emax比由扭向分量换算得到的Emax偏低,实测的扭向Gmax由竖向分量换算得到的Gmax偏高;竖向和扭转向阻尼比的结果比较接近.     

大连饱和黏土动力特性研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能扭剪仪,使用改进的真空抽吸法制备重塑饱和黏土空心试样,采用单独试样振后固结再振(加卸载)的试验方法,探讨了大连饱和黏土的动力特性.试验结果表明:在微小应变下避免孔隙水压力明显升高,使用单独试样通过改变固结压力的方法获得的最大动剪切模量Gmax和阻尼比ξ与用多个试样常规方法获得的结果很接近,是比较可靠的;卸压时的G随固结压力的减小而降低,下降的梯度比加压时的小.试验中将非接触式与接触式角位移计联合使用,以提高微小剪应变的测量精度.试验得到的归一化后的G/Gmax-γ和ξ/ξmax-γ基本落入一个很窄的范围内,并且由G/Gmax-γ和ξ/ξmax-γ关系曲线可用公式估算出G和ξ.采用这种单独试样振后固结再振的方法可以节省取样数量和解决土性不均匀问题,并且在试验结果可靠的基础上能够提供很多便利.     

考虑基岩作用的圆形粘弹性地基振动分析

针对Merchant粘弹性本构模型，从轴对称饱和地基动力方程出发，运用Hankel积分变换，研究了粘弹性地基的竖向振动问题，获得了位移、应力、孔隙水压力及渗流量的积分形式解．并由此结合数值算例，讨论了粘弹性地基受动力荷载作用的振动特性．结果表明：地基竖向振幅沿半径呈波动衰减，粘弹性土体竖向振幅随半径变化要比弹性土体的小．     

应力和应变控制下饱和砂土循环扭剪试验分析

针对某些动荷加载为应变控制的工程问题,如大型工业振动机械的工作平台基础,为研究其动力学性质,利用空心圆柱扭剪仪,分别采用应力和应变控制两种加荷方式,对处于复杂初始应力状态,即不同中主应力系数下的饱和福建标准砂进行小应变循环扭剪试验研究。结果表明,不同加荷方式对土的骨干曲线和剪切模量没有影响;同剪应变幅值时,应变控制下土的阻尼比较应力控制略大;两种控制方式下,试样振动过程中的轴向变形均随着中主应力系数的增大而减小。可见,加荷方式对土的动力特性影响甚微,针对动应变控制的工程问题,在设备有限时可采用应力控制试验模拟代替。     

有机质含量对滇池重塑泥炭质土动强度特性的影响

为了研究滇池泥炭质土中有机质成分对于土体动强度特性的影响,对不同有机质含量的饱和重塑泥炭质土进行室内动三轴试验,研究了不同有机质含量、固结压力、振动频率对重塑泥炭质土的动强度曲线的影响,分析了不同有机质含量、振动频率及循环振次控制条件下重塑泥炭质土的动强度指标的变化规律。得出结论如下：重塑泥炭质土的动剪应力在其他条件相同时,均随着固结压力、振动频率和有机质含量的增加而增大。其中有机质含量对重塑饱和泥炭质土的动强度影响最大,土体动强度指标随有机质含量增加呈明显正相关性。重塑饱和泥炭质土动强度受荷载振动频率的影响较小,动强度指标总体上随振动频率的增大有小幅提升。循环振次则对重塑饱和泥炭质土动强度呈负相关影响。     

饱和砂土液化后再固结体变特性研究

通过对饱水砂土动加载后的再固结体变特性试验研究，发现动加载后的再固结体变不仅与动加载引起的超孔隙水压力、动加载引起的土体最大剪应变有较好的相关性，而且试样的初始有效固结压力对它也有较大的影响．基于试验结果提出了一个可考虑围压影响的再固结体变计算公式．