干砂最大剪切模量的共振柱与弯曲元试验

对德国 4 种干砂试样进行了共振柱与弯曲元对比试验,旨在分析弯曲元法测定砂土最大剪切模量时存在问题和解决方法。研究表明：时域初达法判定的剪切波传播时间较其他方法具有更好的稳定性;弯曲元试验测定最大剪切模量输入电压脉冲频率的减小而减小,衰减程度因砂土类型而异,该影响随围压的增大而减弱;对比分析表明,弯曲元与共振柱试验测定的最大剪切模量具有良好的线性关系,对柏林砂和不伦瑞克砂,存在一个临界最大剪切模量,小于该临界值时,弯曲元测值大于共振柱测值,而大于该临界值时,前者小于后者,两者差值随土样刚度增大而增大。对比研究指出,弯曲元试验尽可能采用合适高频脉冲电压作为激发电压,实践中应事先与共振柱试验进行对比。     

弯曲元试验高精度测试土样剪切波速方法

在HX-100型多功能三轴仪上开发了压电陶瓷弯曲元剪切波速测试系统,研究了高精度测试不同种类和刚度土样剪切波速的方法以及剪切波速弥散性问题,并将弯曲元测试结果与DrnevichLong-Tor型共振柱试验结果进行了对比。研究结果表明,对不同种类和刚度的土样,通过选用合适的激发波形和频率就可以消除接收波形的近场效应和过冲现象,高精度地确定土样剪切波速和极小应变剪切模量;在所使用的激发频率范围内,剪切波速不具弥散性。     

砂土剪切模量测定的弯曲元、共振柱和循环扭剪试验

利用弯曲元、共振柱和循环扭剪试验联合测定了不同围压和密实度条件下干砂的小应变剪切模量,研究了弯曲元试验中输出信号的特性和各种信号分析方法确定剪切波传播时间的可靠性,并对比了不同试验的结果。研究结果表明,在共振柱试验时,需要考虑系统刚度对试验结果的影响,特别当试样刚度较大时。弯曲元输出信号中最先到达的是近场效应,其初始极化方向跟剪切波相反。近场效应随着输入频率的增加有一定程度的减小,但不会消失。实际试验中建议输入频率不断增加,直至输出信号比较稳定。值得注意的是,剪切初达波的振幅可能远小于后续振动,因此容易造成初达波的误判。时域初达波法能比较可靠准确地确定剪切波的传播时间,波峰法、交互相关法和交互功率法结果均随输入频率有较大波动,不能可靠地确定剪切波的传播时间。对比试验表明,弯曲元、共振柱和循环扭剪试验确定小应变剪切模量对细砂和粗砂均吻合良好,初步表明砂土粒径对不同试验方法结果的一致性没有影响。     

玻璃砂透明土与标准砂土强度特性对比三轴试验

制备了不同级配的玻璃砂透明土,对其进行了三轴固结不排水剪切试验和直接剪切试验,并与同等条件下的标准砂土试验结果进行了对比分析.结果表明：玻璃砂透明土的抗剪强度随相对密度的增大而增大;标准级配玻璃砂透明土的抗剪强度比05~10mm粒径玻璃砂透明土大;相同级配下,玻璃砂透明土与标准砂土的抗剪强度相近,可用玻璃砂透明土模拟天然砂土.     

土介质中弹性波传播规律的数值研究

通过Biot两相介质波动理论得到饱和土中的弹性波弥散方程,再以两组数值算例分析不同频率和土体渗透性情况下的压缩波速和剪切波速变化情况,研究饱和土中波的弥散特性。结果表明,饱和土两相介质中的流体与土骨架的耦合作用会对弹性波传播产生影响,而气体与土骨架的耦合作用要比水与土骨架之间的耦合作用弱很多,水饱和土中的压缩波速会大于纯水中的压缩波速,与试验结果一致。     

砂土小应变动力特性弯曲–伸缩元联合测试试验研究

近年来弯曲元在小应变动力特性测试中得到了广泛应用,但对弯曲–伸缩元的联合测试研究较少,国内对弯曲–伸缩元联合测试的研究几近空白。采用弯曲–伸缩元对福建砂进行了剪切波和压缩波联合测试,通过更宽区段激发频率和不同分析方法对剪切波速和压缩波速的确定进行了系统分析,得到了可靠的剪切波和压缩波传播时间确定方法。采用10~20 k Hz峰值法和互相关法可较方便准确地确定剪切波传播时间;压缩波初始到达较易判断,激发频率对压缩波速影响较小。利用弯曲–伸缩元联合测试得到剪切模量G_0和侧限模量M_0,试验结果表明围压和孔隙比对G_0的影响程度均较对M_0的影响程度大。通过剪切波速和压缩波速可计算得到泊松比,随密实度和围压的增大泊松比均以线性规律减小。为弯曲–伸缩元的进一步应用提供了有效的方法。     

利用弯曲元测量土体表层剪切波速的初步试验

土体剪切波速是土力学研究与岩土工程设计的关键参数之一。根据压电弯曲元波速测量的方向性,提出了侧向激发与接收的测量模式,使得弯曲元技术可用于室内和现场土体表层剪切波速的测量。在砂土模型内的初步试验表明,以激发元和接收元内侧间距为剪切波传播距离,并采用时域初达波法判别剪切波到达时间,则侧向激发与接收方式弯曲元的剪切波速测量结果准确可靠,精度与常规"对向激发与接收"方式相同。该弯曲元测试方法为当前大量涉及的取样扰动评价及地基处理质量控制等重要问题提供了便捷可靠的无损检测手段。     

基于弯曲元技术的无黏性土剪切波速与相对密度联合测试方法

剪切波速和相对密度是评价无黏性土力学性能的重要参数指标。以砾性土的剪切波速测试技术为出发点,通过在特制的钢制承模筒上整合弯曲元的剪切波速测试技术,利用竖向振动台的驱动以改变筒内试样的相对密度,自主研发一套无黏性土剪切波速与相对密度联合测试系统,并对弯曲元剪切波速测试中的初至时间进行修正。该系统用于测试最大粒径小于50 mm的无黏性土的剪切波速,建立无黏性土剪切波速与相对密度的关系。针对标准砂试样、花岗岩圆砾试样、两者按含砾量60%配制的砾性土试样及根据汶川地震中液化砾性土平均级配配制的砾性土试样进行了剪切波速与相对密度联合测试,并与GDS大三轴剪切波速系统的测试结果进行对比。试验结果显示,所研发的系统与GDS系统对土样的测试结果相似,但适用范围更广,测试更简便;相同相对密度下,砾性土的剪切波速比砂土大;试样的剪切波速随相对密度的增加而呈现幂函数形式增长。     

基于弯曲元的剪切波扁铲侧胀技术可行性试验研究

扁铲侧胀技术由于其对土体扰动小,试验简单,可以真实地反映土体的实际状态,已被广泛用于各种工程的岩土勘察与测试中。本文提出了将侧装式弯曲元应用于扁铲侧胀技术的设想,并对其可行性进行了探讨。通过搭建侧装式弯曲元测试系统,分别对三种土类在不同上覆压力和含水率条件下土体的剪切波速进行了测试,可以看出,土样的剪切波速与上覆压力基本符合线性关系,且土中细砂含量越高,其剪切波速越大。在相同上覆压力条件下,砂土的剪切波速随着含水率的增大呈现先增大后减小的趋势,当含水率为6.8%时,砂土的剪切波速达到极值。试验结果表明,基于弯曲元的剪切波扁铲侧胀技术是可行的,在常规扁铲侧胀测试的基础上,可以实现对不同深度土体相关物理力学参数的原位测试。     

剪切波速-相对密度联合试验与经验公式验证

汶川Ms8.0地震发生的数百公里大规模砾性土液化震害,引起了国内外学者对剪切波速液化判别技术适用性的高度重视。为合理评价波速测试手段应用于高含砾量、宽级配粗粒土液化判别的可靠性,发挥该技术在室内外土动力参数关联方面的独有优势,以相对密度与抗液化强度相关性为基础,通过自主研制大型波速量测系统,开展饱和砂土与砾性土剪切波速-相对密度联合室内试验,分析砾性土相对密度与波速指标内在关联性,对已有经验公式进行验证。研究结果表明:砾性土波速与相对密度呈良好线性关系,颗粒组排结构的不同是导致砾性土与砂土整体波速差异及数据离散度差别的主要原因;砾性土剪切波速对孔隙比变化灵敏度高于角砾砂,所提修正经验公式更适于描述砾性土波速随相对密度变化关系。     

地震荷载特征及其对砂土震陷影响试验研究

介绍美国最新一代动循环单剪系统的组成及其特点,分析原始真实地震荷载的输入方法,并对真实地震荷载的输入有效性进行验证。以美国Filter净砂为对象,选择冲击型与振动型地震波作为试验输入荷载,考虑砂土相对密度、上覆荷载,设计不同试验工况研究地震荷载特征及其对砂土震陷的影响,共计试验组数202组。试验结果表明：在同一砂土相对密度和上覆荷载条件下,振幅相同的振动型地震波引起的砂土震陷比冲击型地震波引起的砂土震陷大;砂土震陷主要由最大地震荷载峰值之前的各个较大峰值的地震波引起,其中最大峰值对应的地震波引起的砂土竖向应变最大;对于最大峰值之后的地震波,其峰值应达到该地震波最大峰值的80%左右才对砂土变形具有较明显的贡献作用;冲击型地震波最大峰值之后的各地震波对砂土变形影响不明显;对于振动型地震波,其最大峰值之前及最大峰值之后一定范围内的地震波作用共同决定着砂土变形的大小。     

循环振动对饱和粉土初始动剪模量的影响

初始动剪模量是土体多种结构性因素的综合反映,除固结压力和孔隙比(密度)这两个主要因素外,还受循环振动影响。以往对该因素的研究偏重于干砂,且预振时施加的剪应变幅多低于10-3;对于饱和土体,尤其是对经受过较大振幅振动后土体初始动剪模量的研究十分有限。本文利用安装弯曲元的动三轴仪,在等向固结条件下对不同相对密度的饱和粉土进行不排水循环三轴试验,同时监测试样的剪切波速,获得循环动力加载过程中土的初始动剪模量。为保证试验结果的可靠性,同时进行了共振柱试验,比较确定弯曲元接收信号的到达点;评估了不同孔压发展程度下试验暂停时间对测试结果的影响。结果表明:在一定次数大振幅循环荷载作用下观察到初始动剪模量有别于相同应力下固结后得到的模量值,出现附加衰减或增长,正是循环荷载作用下土微观结构变化的外部宏观表现。这种附加变化由土颗粒接触行为决定,受到试样初始条件和振动幅值等多种因素的影响,表现出不同的变化模式。     

主应力方向变化对松砂不排水动强度特性的影响

针对相对密度为Dr=30%的福建标准砂,利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了扭转和竖向循环耦合剪切试验和循环扭剪试验。通过对比三向非均等固结条件下的两类试验结果,着重研究了初始主应力方向变化和振动过程中主应力方向连续变化对松砂的动强度特性的影响。     

饱和砂土的剪切波速与抗液化强度相关性研究

依据扭剪振动原理,开发出剪切波速与振动三轴联合试验装置。进而针对取自20 多个工程场地、埋深在20 m 以内的12种大量原状砂土,分析了同一类土、在同一固结压力作用下,原状与重塑土样抗液化强度与其初始剪切波速之间的相关性。结果表明,当判别液化的应变标准不超过6%时,土的抗液化强度与其初始剪切波速之间存在良好的对应关系。当应变破坏标准超过6%,土的初始剪切波速与抗液化强度之间不具备唯一对应关系。     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

含黏粒砂土场地液化离心机振动台试验研究

提出了含黏粒砂土模型地基制备、饱和与均匀性监测技术,利用ZJU-400土工离心机振动台开展了相同相对密度含黏粒砂土（黏粒含量10%）和洁净砂的地震液化模型试验,再现了水平场地地震液化现象,揭示了含黏粒砂土场地液化灾变特点。弯曲元波速监测表明,模型制备均匀性良好,相同条件下含黏粒砂土剪切波速比洁净砂低。而根据超静孔压消散与固结沉降观测分析发现,含黏粒砂土渗透系数比洁净砂低一个数量级,从而影响其液化前后超静孔压响应和应力应变行为。渗透性差异导致模型内超静孔压产生模式和消散速率显著不同,振动时含黏粒砂土模型浅层超静孔压累积比洁净砂慢,而深层则相反;震后含黏粒砂土孔压消散时间是洁净砂的15倍。液化过程中含黏粒砂土剪应力应变响应比相同深度处的洁净砂更显著,液化后其滞回圈应变较大、割线模量较小且阻尼比较大。土体液化沉降主要发生在液化后超静孔压消散过程,含黏粒砂土模型超静孔压消散时间更长,沉降量更大。上述成果为进一步研究含黏粒砂土地震响应分析及其液化判别提供了科学依据。