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。     

不同密实度液化场地桥梁桩基地震动力响应数值研究

利用二相饱和土u-p方程实施桥梁双桩基础在液化饱和松砂、中密砂、密砂中的数值模拟,通过对比超静孔压比、位移、应力应变关系及弯矩等,获得桩基在不同密实程度饱和砂土中动力反应的差异性。结果表明,上部结构动力响应与场地砂土的密实程度直接相关,砂土越密实,其强度及刚度软化越慢,上部结构及桩基础在地震作用下发生位移越小,桩基受到的弯矩却较大;而松砂有效应力丧失很快,上部结构及桩基受到弯矩较小,位移较大,说明桩基位移主要受液化土流动的影响。通过双桩弯矩及位移对比,发现密砂场地群桩效应更显著。     

土体强度特性影响因素的试验研究

选取不同孔隙比的天然砂土试样进行排列后,对其在不同固结压力下进行常规三轴试验,重点探讨相同试验条件下,排列对砂土抗剪强度的影响。结果表明:排列情况下的砂和混合情况下的砂,试样的偏应力均随围压的增大而增大;相同围压下,排列试样的偏应力峰值明显高于混合试样的偏应力峰值;排列砂样的内摩擦角要大于混合砂样的内摩擦角。同时,利用kf曲线间接获得了排列和混合情况下砂土试样的抗剪强度曲线,并结合试验结果对莫尔-库伦准则进行了修正。     

恒轴压卸围压条件下粉砂岩应力应变特征与能量演化

为了获得高陡山区地下工程顶部粉砂岩在开挖后的应力应变和能量演化特征,开展了不同围压下粉砂岩恒轴压卸围压三轴试验,分析其应力应变、应变能转化以及能量耗散特征。结果表明,恒轴压卸围压条件下,围压越高,试样围压卸载率越低,且试样破坏越快、变形越大。不同围压下能量转化特征曲线趋势基本一致,与应力应变曲线有较好的相关性。围压恒定轴压升高阶段,除围压产生的应变能密度基本恒定外,其他能量演化曲线具有呈指数升高的特征;主要表现为原生孔隙压密,能量转化率较低。轴压恒定围压卸载至试样破坏阶段,轴向应力与能量曲线两者突变点基本对应;产生较大程度宏观破裂,能量转化率较高。试样破坏后围压恒定和继续施加轴向应变阶段,低围压能量释放更强,试样破坏更为碎裂。能量耗散具有总体上先升高后降低再陡增的特征,围压越低,试样破坏时应变越小、能量耗散比越大,试样破坏更加碎裂;围压越高,对试样能量耗散抑制作用越强,有利于弹性应变聚集,更容易产生岩爆现象。     

饱和砂土蠕变特性实验

为证实和进一步了解砂土蠕变规律,利用室内改装的应力控制式三轴仪研究饱和砂土排水蠕变特性.实验结果表明:砂土蠕变受围压和密实度的影响较大,低围压下,砂样更易发生剪胀;密实砂蠕变变形量明显比中密砂小,密实砂比中密砂更易剪胀;侧向减载条件比轴向加载更易剪胀;在应力水平不超过0.8的情况下,Mesri蠕变模型对砂土蠕变规律拟合效果较好.     

饱和砂土地震液化机理及试验测试研究

针对地震液化对工程造成的危害,浅要分析砂土液化机理,探讨影响液化的主要因素和判别方法,对三种细粒含量的砂土进行动三轴试验,测试其动强度和孔压变化情况。发现细粒含量对动强度具有重要影Ⅱ向,细粒含量越高,动强度也越高;动应力大小对孔压增长也有较大影响,动应力越大,试样易出现轴向应变过大而破坏,破坏时孔压比越小。     

南水北调中线工程砂土地震液化和变形破坏动力数值分析——以漳河河漫滩段为例

砂土液化问题一直是土动力学与岩土地震工程研究领域的重要课题之一.基于南水北调中线一期工程总干渠漳河河漫滩段工程,通过现场和室内试验获取岩土体的动力学参数,利用岩土数值分析FLAC3D软件,砂土本构模型选为Finn模型,输入近场地邯郸台记录的实际地震波,对渠基砂土地震液化和渠道变形破坏特征进行了动力数值分析.结果表明,在地震作用下,超静孔隙水压力最大值位于渠堤底部砂土层中,但渠堤底部砂土层由于初始应力较大,其孔压比不高,不会发生液化;在渠道底部以及渠堤外侧坡面平台至坡脚局部区域土体虽然超孔隙水压力较小,但有效应力小,超孔压比反而大,砂土层发生了液化;在地震作用下变形主要发生在渠堤和浅层地基土里,具有对称性;渠堤边坡的变形破坏主要表现为在渠堤顶面发生震陷和拉裂破坏,在坡脚处发生水平侧向流动和挤压隆起变形.计算过程中,在渠堤及地基的不同位置设置监测点,得到了地震作用过程中不同位置处超孔隙水压力、有效应力和位移的动态变化规律.通过剪应变增量判断,在地震力作用下渠堤及地基中形成了贯通的剪切滑动面,易发生整体滑动破坏.研究成果对南水北调砂土液化特性的认识和防治有一定的意义.     

低围压水平下砂的排水行为

采用干样沉降法制备样品,选用静三轴仪对松砂和密砂样在10kPa于100kPa的低围压下的排水行为进行了实验研究,并对实验结果作了橡皮膜校正,在围压为10kPa的密砂实验中,轴向应力的校正值可达12％,实验研究表明低围压下松砂的剪胀性非常明显,且存在剪应力极值,围压越低,松砂和密砂的剪应力极值越小,达到最大剪应力所对应的剪应变越小,同时还表明低围压范围内相对密度不同的,砂的应力应变特性不同,此外,低围压下砂的内摩擦角高于高围压下的值,从而在工程上应重视低围压水平下砂土工程参的合理选取。     

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.     

淡水冰三轴压缩力学特性试验研究

为了能够充分认识三向受力状态下冰体的力学特性,采用TDW-200低温三轴试验机,并在4组温度、7组围压和5组应变速率条件下,对3种不同尺寸淡水柱状冰样进行单轴和常规三轴压缩强度试验,加载方向垂直于冰的晶轴方向.结果表明,在恒定应变速率和较低温度下,当围压在6MPa以内时,柱状冰试样以劈裂破坏为主,当围压大于6MPa时,试样由劈裂破坏向剪切破坏过渡;在试验温度范围内,围压对柱状冰试样强度的影响远高于温度的影响;柱状冰强度、弹模和泊松比均与应变速率呈良好的正线性相关,且应变速率增大使柱状冰由流塑破坏向脆性破坏迁移;柱状冰强度、变形和破坏模式受试样尺寸影响明显,当试样截面尺寸相同时,高径比越大残余强度和偏应力-应变曲线的曲率越小,对应强度、弹模却越大,当高径比相同时,残余强度、偏应力-应变曲线曲率、强度和弹模均随截面尺寸的减小而增大;提出一种新的改进Duncan-Chang模型,并利用实测柱状冰应力-应变曲线对新模型进行验证,取得良好效果.     

椭圆应力路径下双向非等幅剪切对软黏土动力特性的影响

针对地震产生的S波引起土体水平剪切振动问题,以温州软黏土为研究对象,采用多向循环单剪仪进行了12组应力控制下的不排水循环单剪试验,研究了水平双向耦合荷载作用下循环应力比β和双向剪切应力比η对饱和软黏土动力特性的影响.通过对试验数据回归分析,建立了软黏土的软化指数模型.试验结果表明:软黏土动强度与η呈近似线性增长关系.β一定时,η越小,土体产生的剪应变和孔压越大.当β=0.14时,剪应变、孔压发展缓慢,呈稳定型增长,η对软化指数、剪应变和孔压的影响不大;当β≥0.20时,剪应变、孔压发展迅速,呈破坏型增长,η的减小明显加快了剪应变、孔压的发展及软化指数的衰减,从而使软黏土更容易发生软化.     

初始相对密实度对砂土强度特性影响的试验

针对两种级配不同的福建标准干砂,在不同固结压力下进行常规三轴试验,着重探讨不同初始相对密实度对砂土抗剪强度的影响.试验结果表明:考虑砂土的初始结构性,即初始相对密实度不同时,砂土的强度特性会发生较为显著的变化.相同试验围压下,随着密实度的增加,试样的初始切线模量有所增长、试样的峰值偏应力逐渐增大;而相同密实度的情况下,随着试验围压的增加,初始切线模量也有较为显著的增长、试样的峰值偏应力也逐渐增大;试样的内摩擦角随着初始相对密实度的增加基本呈线性增长.结合试验结果建立了砂土抗剪强度指标与初始相对密实度之间的关系,进而考虑初始相对密实度对莫尔-库伦准则进行修正.     

制样方法对砂土液化力学性质影响的离散元模拟

基于PFC2D软件对湿捣法和落砂法制备的砂土试样进行不排水循环剪切试验模拟,分析了砂土颗粒在动力加载过程中细观结构的变化规律。结果表明,施加荷载后,试样颗粒长轴方向在压缩侧偏向水平,拉伸侧趋向竖直,而接触法向的趋势则与之相反,二者的各向异性系数均逐渐上升。试样整体配位数随荷载的作用逐渐下降,液化后于0～3范围内波动。湿捣法试样比落砂法试样的各向异性程度更小,液化所需的加载循环数更多,即具有更高的抗液化强度。密实度越高,两种试样的液化强度差别越大。     

橡胶砂液化特性的动扭剪试验研究

为研究橡胶砂的液化特性，在不同的橡胶质量掺量、循环应力比、相对密实度、频率和有效围压工况条件下对橡胶砂进行动扭剪试验，分析橡胶砂的动力剪切应力-应变关系、动弹性模量和阻尼比的发展趋势.结果表明：橡胶颗粒质量掺量越高，橡胶砂越不易液化，广义剪切应变越小，橡胶砂越不易破坏；在橡胶颗粒掺量一定的情况下，试样破坏周次随循环应力比增大而减少；相对密实度和有效围压增大时，试样的剪切应变降低、抗液化能力增强，而剪切频率增大时，抗液化能力减弱；随着剪切应变和橡胶颗粒掺量的增加，试样弹性模量逐渐降低，阻尼比逐渐增大.     

初始组构影响砂土直剪力学性状的数值模拟

文中基于PFC2D 非圆颗粒单元的二次开发,通过制备两种不同初始颗粒定向的数值试样,分别为水平定向(H试样)和竖直定向(V试样),研究了初始组构对砂土直剪力学性状的影响.数值试验过程在对比分析两种不同颗粒定向试样直剪宏观力学响应的同时,从颗粒尺度层面探讨了不同颗粒定向试样的初始组构特征,揭示了初始组构影响砂土直剪的细观力学机理.结果表明,颗粒竖直定向的试样其抗剪强度要高于水平定向试样,在细观机理上不同颗粒定向试样的初始平均接触数有关.     

重塑饱和砂土的现场液化试验研究

利用自行研发的动力加载系统,通过重塑饱和砂土的现场液化试验,分析不同水平向震动强度下砂土液化响应规律,探讨孔压增长模式、地表加速度与孔压发展之间的关系、现场和室内液化试验中孔压增长模式的异同.主要认识如下:实际场地下,砂土相对密度越大,上覆压力越大,孔压比就越小,砂土的液化水平越低,反之亦然;实际场地下,饱和砂土液化时的孔压增长梯度缓慢.这一孔压增长模式与他人现场液化试验结果一致,而与动三轴试验结果有显著不同,与振动台试验结果有一定差别;正弦波动荷载输入下,孔压比在液化与地表运动的关联性研究中是一个重要且平稳的指标,孔压比0.5~0.6是液化削减地表运动的临界值.本文结果表明,现有孔压计算模型在实际液化场地的适用性和可靠性有待验证.     

基于剑桥模型的砂土剪胀模型

对于中密砂和密砂,剪胀现象是一个比较显著的特征,相变线是描述剪胀现象的一条特征线,相变线比较容易确定.本文在已有弹塑性模型基础上,对硬化参数进行修正,并引入与相变线相关的状态参量,建立了一个新的剪胀性砂土本构模型.该模型尤其适合于中密砂和密砂,对于松砂则退化为原弹塑性模型.模型包含9个材料参数,参数比较容易确定.数值模拟结果能较好的描述砂土的主要特性.     

不同高径比石膏试样破坏特性及其能量耗散

采用RMT-150B岩石力学试验机,对七种不同高径比的石膏试样进行了单轴压缩试验,分析其力学特性及其破坏特征.根据单轴压缩力学试验结果,利用能量耗散理论,分析其能量耗散特性.研究结果表明:随轴压应力的增加,石膏试样内部微裂隙先闭合,而后在其尖端产生了新裂隙;新裂隙随轴压应力的增加而逐渐地扩展、贯通、形成破裂面,最终发生剪切滑移破坏;石膏试样的体积应变随轴压应力的增大,经历了先压缩后增加,最后急剧膨胀,表现出明显的非线性变形;石膏试样的峰值应力、弹性模量随高径比的减小而增大;轴向应变和横向应变随高径比的减小而减小;变形模量与高径比之间的关系不明确,不能用其表征石膏试样的变形特性;高径比越大的石膏试样受压后容易发生剪切破坏,破坏时吸收的能量增量越快,属于脆性破坏,而高径比越小的石膏试样则发生压酥破坏,属于塑性破坏.     

砂土单调剪切力学性状的颗粒流模拟

利用离散单元法中的二维颗粒流方法(PFC2D),采用了两种不同接触刚度模型对福建标准砂常规三轴试验结果进行了细观数值模拟,并探讨了不同围压水平下两种接触刚度模型的适用性.研究结果表明:对于Hertz-Mindlin接触模型,细观剪切模量影响数值试样的宏观变形模量,颗粒摩擦系数影响试样的峰值强度,细观泊松比变化对试样宏观响应影响不大.当考虑一个确定围压水平下的三轴试验模拟时,两种接触刚度模型均能得到较理想的结果;而当考虑不同围压条件时,由Hertz-Mindlin接触模型得到的结果要比线性接触模型更加符合实际砂土的性质.     

初始孔隙比对饱和砂土动力特性影响研究

通过对汶川细砂在不同循环应力比下的等压固结不排水动三轴试验,着重研究了考虑初始孔隙比对饱和砂土的动强度与孔压特性影响,建立了不同有效围压下的动抗剪强度表示方法,比较了一定振次下的动强度指标,为抗震设计提供参考与借鉴.从孔压随荷载循环次数变化和一定振次下液化所需的循环应力比这两种角度研究孔压特性,结果表明:相对密实度对砂土抗液化能力有着显著影响,孔压的发展取决于初始孔隙比,循环应力比越高时,表现得越明显.