循环荷载作用下土的动力特性及隧道工后沉降分析

选取重塑砾质黏土作为试验土样,采用室内动三轴试验系统研究循环荷载作用下土体的模量弱化规律,并考虑多重因素下隧道工后沉降公式拟合。实验表明:累积应变与累积孔压随围压与动应力比的增大而增大,并在振动10000次达到稳定趋势,而模量模量弱化幅值呈现相反的规律。在不同激振频率下累积孔压,累积应变随频率增大而减少,模量的弱化幅值随频率增大而减小。在前人的基础上进一步考虑了激振频率对累积应变,和累计孔压公式进行拟合得到相关参数。研究成果对砾质黏性土的动力特性以及隧道工后沉降预测提供了有价值的参考。     

循环荷载下重塑饱和粉黏土的动—静强度弱化规律研究

选取重塑粉质黏土作为试验土样,采用室内动静三轴试验系统研究循环荷载作用下土体的动静力学特性,动静强度的弱化规律,考虑了围压、频率、固结比、动应力比、循环次数5种因素对动静强度的影响。试验结果表明:承受循环荷载作用后土体与原土体相比总强度可能会增加也可能会降低,剪切时的孔压都会大于原土剪切时孔压。可以统一的是所有承受循环荷载作用后土体有效强度都会降低。通过对强度进行无量纲化处理,引入了动弹性应变和动弹性孔压,确定了动弹性应变与有效强度比,动弹性孔压与有效强度比关系符合指数模型,并提出来适用于衰减系数与动弹性应变,衰减系数与动弹性孔压的对数函数模型。     

地铁行车荷载作用下粉质黏土累积孔压特性研究

利用室内动三轴试验仪器，探索在地铁行车荷载作用下隧道周围粉质黏土累积孔压发展规律，并分析围压、固结比、动应力幅值、频率以及振动次数等因素对累积孔压的影响，研究成果为城市地下轨道交通工程设计、施工及运营期间的安全稳定评价提供参考。试验结果表明:在相同试验条件下，累积孔压随围压增大而减小，随固结比增大而减小，随动应力幅值增大而增大，随频率增大而减小，随振动次数增大而增大；在低围压试验条件下，累积孔压随动应力幅值的增加而增大的幅值较高围压条件下要明显；累积孔压的增长速率随着振动次数的增加而逐渐降低。     

双向激振对饱和软黏土应力应变循环刚度软化的影响

地震荷载作用将引起土体孔隙水压力上升，从而使土体的刚度、强度发生软化现象。循环软化是地震荷载作用下土体发生破坏的主要原因。本文利用双向动三轴试验系统，通过双向激振循环荷载试验对地震荷载的作用进行了模拟。并对双向激振循环荷载作用下饱和软黏土每一次循环内刚度软化现象进行了初步的探讨。分析了循环次数、循环偏应力比、径向循环应力比、初始剪应力等因素对双向激振循环作用下软黏土刚度变化规律的影响。研究结果表明：双向激振下，当循环偏应力比小于临界循环偏应力比时，饱和软黏土存在临界屈服应变，当应变幅值小于该值时，割线剪切模量逐渐增加不发生软化现象；只有在应变幅值大于该值的情况下才发生软化。循环偏应力比的增加、径向循环应力的提高都将加快刚度软化。双向激振下，随着初始剪应力的增加，刚度有所提高。并在试验的基础上建立了双向循环荷载作用下饱和软黏土的刚度软化模型。以该软化模型作为Masing准则的放大系数对双向激振下土体的应力－应变关系进行了描述，得到了与实测较吻合的结果，同时也验证了本文软化模型的准确性。     

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。     

饱和黄河岸滩粉土循环荷载后的变形强度特性

对黄河岸滩饱和粉土在固结不排水条件下进行了一系列单调加载、循环荷载后单调加载的三轴试验,研究了动应力幅值、围压及动孔压比对循环荷载后力学特性的影响,提出了可考虑围压及动孔压比影响的粉土循环荷载后单调加载应力应变关系的变形模式。试验结果表明:循环荷载作用完全液化时,动应力幅值变化对液化后力学特性的影响很小;循环荷载后单调加载的有效应力临界状态线与单调加载时相同,不受循环荷载作用历史的影响。与单调加载时相比,循环荷载后的不排水强度及初始切线模量皆产生衰化,衰化程度随动孔压比的增大而增大,初始切线模量的衰化程度更明显;不同围压下循环荷载后的不排水强度比、初始切线模量比及破坏比,皆与动孔压比之间有良好的归一化关系;粉土循环荷载后的应力应变关系可以用双曲线模型来描述,模型计算值与试验实测值基本吻合。     

粉煤灰地震动力破坏和模量弱化特性研究

地震动力特性对于粉煤灰堆场、填筑体的安全至关重要。根据Seed-Idriss公式计算粉煤灰地基地震应力,通过动三轴试验研究50~200 kPa固结应力和3种不同动应力水平下的特性,得出地震下粉煤灰的动变形、动孔压、破坏形式和动模量弱化等特性。研究结果表明:地震循环应力较大时,破坏形式为双幅动应变达到限值;中等循环应力条件下,固结应力为50 kPa时,破坏形式为累积轴向应变达到限值,固结应力>50 kPa时,破坏形式为双幅动应变达到限值;地震循环应力较小时,粉煤灰不发生变形破坏。相同循环周数下,孔压比随着固结应力的增大而降低;达到变形破坏时,孔压远小于液化值。地震循环应力较大时,在10周循环荷载后,粉煤灰动模量迅速弱化;中等循环应力条件下,循环周数大于临界值后模量弱化指数迅速降低;地震循环应力较小时,粉煤灰的模量弱化不明显。研究成果可为粉煤灰堆场、地基、坝体等的动力计算提供依据。     

动荷载作用下饱和粉土动力特性研究

为了分析不同动强度影响因素的动荷载作用下黄河冲洪积粉质土的动应力—动应变发展规律,模拟了一定振动频率的循环荷载的动三轴试验。试验选用郑州市东北部分布广泛的粉土,分析了动应力幅值、循环振动次数、固结围压、固结比等对粉土动力特性的影响,从动应力—动应变关系研究了动荷载作用下粉土的动力特性。试验结果表明:饱和粉土的动应力—动应变的发展与土样的动强度影响因素有关;在循环荷载作用下,因动荷载与围压比值的不同,试样呈现出三种形态;随动荷载作用次数的增加,在同等动应力幅值作用下,试样抵抗外力引起变形的能力越来越差,其弹性模量随振动次数增加而减小、随围压的增加而增大。     

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。     

双向动荷载下振动频率对黄土动力特性的影响

采用TYS-20型电脑控制电液伺服土动三轴试验机对Q3黄土试样进行了一系列的动三轴试验,探究了双向循环荷载作用下振动频率对黄土动力特性的影响。动强度试验结果表明:当振动频率在0.2~3 Hz范围内变化时,黄土的动强度随振动频率f的增大而增大;对动强度与振动频率的关系在双对数坐标系上进行拟合发现:相同破坏振次下,两者近乎呈直线关系;在破坏振次分别为10,20,30次条件下,频率0.2,1 Hz相比3 Hz得到的动强度相对降低值最大可达到61.9%,最小为11.9%,且围压越小,降低程度越明显。动模量试验结果表明:动剪切模量随动剪切应变的增大而先增大后减小,在衰减过程中,频率越大衰减越缓慢,同一动剪切应变对应的动剪切模量也越大;在相位差为0°条件下,振动频率越小动剪切应变发展越快,侧向循环应力幅值的增大减慢了土体动剪应变的发展速度,在一定范围内侧向循环应力幅值越大越有利于土体稳定。     

循环荷载作用下珠海隧道饱和黏土软化试验研究

通过对珠海隧道正常固结饱和粉质黏土和淤泥质黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环荷载作用下土体软化情况。根据软化指数定义,得到土体软化指数曲线;分析了循环荷载过程中土体割线剪切模量发展规律;探讨动应力对土体软化的影响。结果表明:试样在每一循环次数中都存在临界屈服应变ε_p;循环次数较少时,土体刚度软化现象明显,随循环次数逐渐增加,土体刚度软化程度降低甚至不发生刚度软化;相对于加载波形为正弦波而言,半正弦波提高了土体刚度软化程度;动应力的提高增加了土体软化的程度。     

动荷载下深圳前海软土变形及微结构特征研究

为探讨轨道交通动荷载作用下软土变形特征,对深圳前海地区软土进行动三轴试验,并对土样进行电镜扫描,借助多种结构参数从微观角度解释动三轴试验中土样的变形机理。结果表明：围压为100~150 kPa、频率为0.5~1.0 Hz时,临界动应力比为0.2~0.3,但围压为100 kPa、振动频率为0.5 Hz时,临界动应力比为0.15~0.20。低于临界循环应力比的情况下,轴向应变的发展速率随动应力比增加而呈指数增加,围压越小、振动频率越小,轴向应变发展速率越大。通过对微观结构参数进行分析,发现围压的增加使得颗粒更加紧凑,颗粒更多地是被压密;动应力比和频率的增加则会使得土体颗粒更易发生破碎,孔隙更容易被较小的颗粒充填。     

水泥土-土复合试样的动力特性

通过动三轴试验研究了水泥土复合试样的动模量和阻尼比的变化规律，着重研究了置换率和围压的影响，提出了一种简单实用的计算复合试样动模量和阻尼比的方法，并给出了由试验确定的归一化公式。通过本文的研究可以得到下列结论：复合试样的动弹模量E、阻尼比D和应变水平ε的相关曲线与纯黏土的有关曲线形状基本一致，只是在相同应变时数值大小不同；经过置换后，复合试样的最大动模量比纯黏土的最大动模量提高，而阻尼比减小；在相同的应变水平下，随着围压的增大，动弹模量增加而阻尼比减小；围压较小时，置换率对最大动模量的影响更加显著，当置换率较小时，围压对最大动模量的影响更加显著。研究结果对水泥搅拌桩复合地基动力特性参数的选取提供了有用的参考。     

冻融循环下饱和含黏粒粉砂动力学参数试验

为研究寒区饱和含黏粒粉砂的动力学特性,对松花江河漫滩饱和含黏粒粉砂土进行循环三轴试验,分析冻融循环、动应力幅值、有效围压、荷载频率等环境因素对饱和粉砂土动剪切模量与阻尼比的影响。结果表明:冻融循环对饱和粉砂土动剪切模量与阻尼比影响显著,表现为在不同冻融次数区间内两者不单一变化;未冻融饱和粉砂土动剪切模量随动应力幅值、有效围压、荷载频率的增大而增大,而阻尼比随动应力幅值、有效围压、荷载频率的增大而减小。并进一步提出了可预测该种土不同工况下动剪切模量与阻尼比的经验公式。研究成果可以为粉砂土在路基工程中的稳定性与安全性设计提供参考。     

复合水泥炉渣灰材料动弹性模量试验研究

为了研究复合水泥炉渣灰动力特性,通过动三轴试验,测试出不同替换比率下复合水泥炉渣灰的 E_d - ε 曲线。分析应变、围压及替换比率等对动弹性模量的影响规律。得出如下结论：动弹性模量随着应变的增加而递减;应变一定,围压增加,复合水泥炉渣灰土具有较高的动弹性模量;应变一定,提高替换比率,可以增加复合水泥炉渣灰土试样的整体强度。复合水泥炉渣灰作为注浆材料进行土体加固的研究成果,可为其加固体的抗震设计提供科学依据。     

同一试样上的多级加载动弹模量和阻尼比试验

动弹模量和阻尼比是土动力分析中最重要的参数,利用动三轴仪器对重塑黏土进行试验,研究了一个试样改变试验围压、固结比进行多级试验的方法,考虑先期应力大小,提出了2种试验方法,并与常规方法进行比较。结果表明:方法 1得到的动弹模量、阻尼比与常规方法相差很小,但方法 2得到的动弹模量较常规方法大,采用方法1代替常规方法可有效节省试样数量;根据黏性元件理论分析了振动频率对动弹模量的影响,并通过试验得到了频率对黏土动力特性的影响,最后研究了一个试样进行多级频率试验的方法,得出先期较大频率动荷载对后期较小频率试验影响很小,但先期较小频率动荷载会影响后期较大频率的试验,引起动弹模量衰减,同时造成最大阻尼比减小;一个试样进行多级频率试验时,先进行大频率试验,后进行小频率试验,试验成果与常规试验一致。研究成果有利于提高土动力测试技术,对动力特性研究有积极作用。