不同应力路径下超固结软黏土的永久变形特性

为了真实模拟软土路基在长期交通循环荷载作用下的沉降特性,通过部分排水条件下、不同应力路径下的正常固结及超固结温州饱和软黏土的循环三轴加载试验,对循环偏应力和循环围压耦合作用下饱和软黏土的永久轴向应变特性进行了研究,重点分析了超固结比及循环围压对饱和软黏土永久轴向应变的影响.研究结果表明:部分排水条件下,超固结土体相较于正常固结土体,其永久轴向应变提前趋于稳定,且稳定后的值随着超固结比的增大呈指数衰减;循环围压的存在可极大促进土体永久轴向应变发展,且循环偏应力和循环围压耦合作用对土体永久轴向应变的影响与超固结比无关.由此可见,在估算交通循环荷载下饱和软黏土产生的永久轴向应变时,对超固结比及循环围压的影响必须加以重视.     

考虑中主应力系数影响的主应力轴旋转下 原状软黏土变形研究

用浙江大学空心圆柱扭剪仪对杭州原状软黏土进行了固结不排水主应力轴旋转试验,试验中保持平均主应力、中主应力系数和切应力不变,进行了应力路径和各应变分量可靠性分析,并在此基础上探讨纯主应力轴旋转对各应变分量、广义切应变和切变模量的影响.研究表明：当中主应力系数等于0.5时,径向应变数值很小,可以忽略不计;轴向应变变化特征与环向应变刚好相反;在各应变分量中扭切应变占主导地位.在低切应力作用下,纯主应力轴旋转产生的应变很小;随着切应力增加,应变分量显著提高;广义切应变在高切应力下才适合选用.主应力轴旋转中切变模量呈“勺”形变化说明土体刚度逐渐降低.研究发现前期主应力轴旋转和高切应力作用对土体后期主应力轴旋转产生的变形有很大的影响.     

主应力轴循环旋转下原状软黏土临界性状研究

针对在交通、波浪等动荷载下土体所受应力状态具有主应力轴循环旋转的特征,对杭州地区典型原状软黏土开展不排水模拟试验.主应力轴双幅循环旋转的试验结果表明,试样扭剪、轴向应变发展受主应力轴旋转角度的影响,当转角大于一定值时,破坏应变以扭剪应变占主导,反之则要考虑扭剪和轴向等应变的共同影响.在同一旋转频率下,随着剪应力提高,试样破坏应变同步提高,且与破坏振次对数值成线性关系;若剪应力幅值不变,随旋转频率提高,临界破坏应变同步减少,破坏振次大幅提升,两者在对数曲线上亦可用线性关系表示.与等剪应力幅值的主应力轴双幅循环旋转试验结果相比,当单幅循环旋转破坏时扭剪应变很大,且受频率或剪应力幅值影响小,同时最小破坏剪应力也有显著提高.     

长江口饱和软黏土多静力因子耦合响应规律

以长江口长兴岛周边水域原状海相饱和软黏土为研究对象,通过GDS静三轴试验,探讨预压静荷载、加荷速率、排水条件等静力因子作用下软黏土固结不排水强度和孔压特性响应规律,以及预压堆载与加荷速率联合作用下软黏土固结不排水强度及孔压耦合响应模式。研究结果表明:随着堆载预压荷载的增大,软黏土总强度增大,但抗剪强度降低,同时孔隙水压力随之降低,应力-应变关系曲线向应变软化趋势发展;随着加荷速率的加快,孔压峰值减小,软黏土的强度有所提高,应力-应变关系曲线向应变硬化趋势发展;采用竖向排水板可提高固结排水速率,缩短软黏土固结时间,提高抗剪强度;采用归一化处理得到静偏应力比s_1与加载速率■,分别建立了静力因子耦合作用下关于s_1及■的强度峰值和孔压峰值表达式。     

饱和软黏土不同固结程度下的抗剪强度特性研究

为了研究饱和软黏土在不同固结度下的抗剪强度特性,利用应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪开展饱和软黏土不同固结程度下的三轴剪切试验研究,对不同围压下不同固结度对土体孔压增量和抗剪强度的影响进行了分析。结果表明:在部分固结不排水剪切试验中,试样的剪前固结程度越低、剪前孔压越大,则剪切引起的孔压增量越小,但总孔压却是越大,不排水强度低。通过归一化,得到了孔压增量和固结度之间的相关关系。     

主应力方向和中主应力系数对冻结黏土性状的影响

为研究复杂应力路径下冻土的力学特性,利用冻土空心圆柱仪对饱和冻结黏土开展了定向剪切试验,重点研究了大主应力方向和中主应力系数对饱和冻结黏土应力应变性状的影响.试验结果表明:定向剪切路径下饱和冻结黏土应力-应变曲线基本呈现应变硬化特征,且广义剪应力-应变曲线受扭剪分量的主导.不同大主应力方向下冻结黏土应力-应变曲线水平存在一定差异,当中主应力系数b为0.5和1时广义剪应力-应变曲线水平随着大主应力方向角α的增加而降低.中主应力系数b对冻结黏土扭剪分量的应力应变性状影响相对较小,而对轴向分量与广义剪应力应变性状影响显著.     

黏土的高压三轴剪切特性研究

低应力作用下与高应力作用下土的力学特性存在较大差异．为了了解高应力下黏土的三轴剪切特性,指导深部地下工程建设,本文运用SKA～1型高压K0固结仪,对高应力下重塑黏土的K0固结不排水、各向等压固结不排水剪切特性进行研究,探讨了不同固结方式下诸如K0值、轴向应变、平均主应力、主应力差等变化规律,结果表明：高应力条件下各向等压固结三轴剪切试验破坏主应力差明显大于K0固结所得的相应值;两种应力路径下黏土的应力-应变关系曲线与低应力条件下三轴剪切试验具有相似的数学模型．     

主应力旋转条件下粉细砂的非比例加载变形特性

对粉细砂进行一系列空心圆柱扭剪试验,研究土体在经历含主应力轴偏转的非比例加载路径时的变形特性,重点分析偏应力水平、中主应力系数对土体变形产生的影响。试验中发现弹性剪应变在总剪应变中所占比例较大。在此基础上重新定义了非共轴角,并对饱和粉细砂的变形特性及其影响因素进行研究。结果表明,纯主应力旋转过程中,不同偏应力比、中主应力系数的土体,广义剪应变的整体发展规律相似,偏应力比与中主应力系数对加载末期的土体应变硬化产生较大影响;偏应力比与广义剪应力相同时,中主应力系数的差异使得土体的各向异性在变形响应中得以体现,从而表现出广义剪应变的差异;主应力旋转将使粉细砂产生明显的塑性变形,相较于中主应力系数,偏应力比对于砂土非共轴变形特性的影响更大。     

人工制备土的结构性及其对应变局部化的影响

采用人工制备土方法和固结不排水(CU)剪三轴试验开展研究. 通过在宁波滨海粉质黏土中加入少量水泥和盐粒构造多组结构性强弱不同的人工结构性土,固结不排水剪三轴试验结果表明：水泥掺量为2%的试样的结构性与宁波原状粉质黏土最为接近,达到了利用人工制备结构性土来模拟原状土的效果. 随着水泥掺量的增加,人工结构性土的有效黏聚力近似呈指数形式增长,有效内摩擦角没有明显变化,初始变形模量增大. 在相同围压下,随着土体结构性的增强,试样更易发生应变局部化并出现剪切带破坏;应力-应变曲线出现软化,峰值点应力增大且对应轴向应变呈减小趋势. 对于同一种土体,结构性差异对剪切带倾角值影响不大,Mohr-Coulomb理论对剪切带倾角的预估值与实测值较为吻合.     

部分排水条件下饱和红黏土循环试验研究

为了研究交通荷载作用下路基天然黏土层的长期动力特性,采用GDS循环三轴系统,对赣南地区的路基红黏土开展部分排水条件下大次数循环荷载试验.研究部分排水条件下红黏土的孔压累积和模量变化情况,分析循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比对红黏土累积变形的影响.研究结果表明,红黏土的最终竖向累积变形随循环应力比和初始固结应力比的增大而指数型增大,随平均初始固结压力的增大而线性增大,提出考虑循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比和循环次数的累积应变模型,通过不同动应力状态下红黏土累积应变随循环次数发展曲线的归一化表明了该累积应变模型的正确性.     

Undrained response of reconstituted clay to cyclic pure principal stress rotation

A series of monotonic and rotational shearing tests are carried out on reconstituted clay using a hollow cylinder apparatus under undrained condition. In the rotational shearing tests, the principal stress axes rotate cyclically with the magnitudes of the principal stresses keeping constant. The anisotropy of the reconstituted clay is analyzed from the monotonic shearing tests. Obvious pore pressure is induced by the principal stress rotation alone even with shear stress q0=5 k Pa. Strain components also accumulate with increasing the number of cycles and increases suddenly at the onset of failure. The deviatoric shear strain of 7.5% can be taken as the failure criterion for clay subjected to the pure cyclic principal stress rotation. The intermediate principal stress parameter b plays a significant role in the development of pore pressure and strain. Specimens are weakened by cyclic rotational shearing as the shear modulus decreases with increasing the number of cycles, and the shear modulus reduces more quickly with larger b. Clear deviation between the directions of the principal plastic strain increment and the principal stress is observed during pure principal stress rotation. Both the coaxial and non-coaxial plastic mechanisms should be taken into consideration to simulate the deformation behavior of clay under pure principal stress rotation. The mechanism of the soil response to the pure principal stress rotation is discussed based on the experimental observations.     

新型空心圆柱仪的研制与应用

为研究交通、波浪等荷载产生的主应力轴循环旋转应力路径对土体性状的影响，研制了可以在轴力、扭矩中高频率下共同变载的空心圆柱仪（HCA），并分析了设备的技术参数和性能指标.在静态试验环境下，设备的内外围压、轴力和扭矩均可独立控制；在动态试验环境下，轴力和扭矩可作任意波形周期变化，变载频率可达5 Hz.传感器工作性能稳定，测量精度高，有多重校合，并配备了非接触式水下应变传感器.通过开发专用切样装置，利用该设备对原状黏土样进行初步试验，分别验证了仪器实现主应力轴旋转特殊应力路径以及在中、高频率下轴力和扭矩的任意波形变载功能，说明此空心圆柱仪具备模拟包括主应力轴旋转在内的复杂应力路径的工作能力.     

飞机荷载作用下超载预压软土地基的长期沉降

为了研究超载预压地基在飞机荷载作用下的长期沉降,通过对温州淤泥质黏土进行室内循环三轴试验,建立饱和软黏土的累积塑性应变模型和累积孔压模型.利用层状弹性理论计算地基中的动偏应力,结合已建立的经验模型得到在交通荷载作用下软土地基的累积塑性应变和孔压消散应变.采用分层总和法计算飞机荷载作用下温州机场跑道超载预压地基的长期累积沉降,将计算沉降值与实测沉降值进行对比,验证了饱和超固结土不排水累积塑性应变模型和累积孔压模型的合理性.     

主应力轴旋转对压实黄土动残余变形的影响

通过对DTC-199型周期扭转荷载三轴仪的简单改造,研究了主应力轴旋转对压实黄土在周期动荷载作用下轴向残余变形和动剪切残余变形的影响.结果表明:随着初始主应力方向角的增大,轴向残余变形由压缩状态的正值逐渐过渡到伸长状态的负值.振动次数对剪切残余变形影响较大,剪切变形随振次的增多而增加,且随初始主应力方向角的增大呈现增大...     

超静孔隙水压下软土卸荷蠕变特性试验研究

考虑超静孔隙水压作用的软土卸荷力学特性对富水软土地区地下空间开挖变形和稳定性分析具有重要作用。以深圳地区淤泥质软土为研究对象,开展不同初始超静孔隙水压作用下的K₀固结不排水三轴卸荷强度试验和卸荷蠕变试验。试验结果表明：初始超静孔隙水压越大,固结围压越小,软土卸荷破坏越具有突然性;软土卸荷强度应力-应变曲线大致呈双曲线型,其双曲线函数拟合结果表明,卸荷强度随着初始超静孔隙水压的增大而大致线性减小。卸荷蠕变对初始超静孔隙水压敏感性很大,卸荷蠕变破坏时的偏应力约为卸荷强度试验中偏应力的90%。UU0.5应力路径相对于UU0.0应力路径更容易发生卸荷强度破坏和卸荷蠕变破坏,在实际工程中,应尽可能控制软土侧向卸荷比和超静孔隙水压的大小。     

考虑软化特性的软黏土动应力-应变关系研究

针对在地震、波浪、交通等循环荷载的作用下饱和软黏土残余孔隙水压力上升，从而导致软黏土刚度、强度发生软化的这种现象，对循环荷载作用下考虑循环软化特性的饱和软黏土动应力-应变进行了研究.以往的研究大多忽略初始偏应力对软黏土循环软化及动应力 应变关系的影响.通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验，研究了循环次数、循环应力水平、初始偏应力对饱和软黏土刚度软化及应力 应变关系的影响.试验结果表明，随着循环次数的增加，土体刚度逐渐减小；循环应力水平的提高和初始偏应力的施加都将加快刚度软化和累计塑性应变的发展，从而加速土体的破坏.同时，在试验的基础上推导了反映土体刚度软化规律的经验公式，利用该公式并结合修正的Masing准则对软黏土的动应力-应变关系进行描述.     

长期反复荷载作用下软黏土地基的变形特性

软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题,通过太沙基一维固结理论,求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解;利用ABAQUS有限元软件,提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律,发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比;孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动;有效应力随着加载次数逐渐增加;孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关,并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对,发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。     

Cyclic deformation behaviour of natural K_0-consolidated soft clay under different stress paths

Characteristic of cyclic loading due to passing wheels is associated with one-way loading without stress reversal,which includes a simultaneous cyclic variation of vertical normal stress and horizontal normal stress lasting for a long period of time and generally takes place in partially-drained conditions.Therefore,it is of great practical relevance to study the deformation behaviour according to the characteristic of traffic loading.In this work,a series of one-way stress-controlled cyclic triaxial tests with a simultaneous variation of the vertical and horizontal stress components during cyclic loading were conducted to investigate the deformation behaviour of natural K_0-consolidated soft clay in partially-drained conditions.Test results demonstrate that not only the deviator part of the stress rules accumulation but also the volumetric part significantly contributes.While the deviator part of the stress amplitude is held constant,the increase amplitude of cyclic confining pressure will promote the development of both permanent volumetric strain and axial strain significantly.Furthermore,the effects of cyclic confining pressure on the deformation of natural K_0-consolidated soft clay was quantified.Finally,an empirical formula for permanent axial strain considering the effects of cyclic confining pressure was proposed which can be used for feasibility studies or for the preliminary design of foundations on K_0-consolidated soft clay subjected to traffic loading.