初始剪应力对汶川震区饱和砂土动力特性影响分析

文章以汶川震区中密饱和砂土为研究对象,利用DDS-70动力试验系统,进行振动频率f=1Hz时,固结比分别为K_c=1.0、K_c=1.5和K'_c=2.0条件下的固结不排水动三轴试验,分析了初始剪应力对汶川震区中密饱和砂土动力特性的影响,得出了如下结论:随着初始剪应力的增大,饱和砂土动孔压极值随之降低;在相同的围压和动应力作用下,随着初始剪应力的增大,饱和砂土动应变达到转折点所需的振次增大。在循环振次一定时,初始剪应力越大,其动强度越高;试样动强度均随着循环振次增加而降低的趋势,初始剪应力越大,降低的趋势越明显。     

多因素下滨海软黏土循环后强度弱化研究及应用

随着近海工程向深水化、大型化发展,波浪循环荷载作用下软黏土地基弱化问题越来越受到关注。文章以烟台港原状淤泥质黏土为研究对象,通过动三轴试验,研究了不同围压、动应力和静偏应力影响下循环后不排水抗剪强度弱化规律和应力路径发展规律。在此基础上考虑实际工程中的土体状况,增加了固结度这一新的影响因素。试验结果表明存在固结度临界动应力比0.2,当动应力比小于等于0.2时,固结度对于土体强度弱化的影响基本一致;当动应力比大于0.2时,固结度对于强度弱化的影响突然加速。根据试验规律建立了综合考虑围压、动应力、静偏应力和固结度的多因素影响下不排水抗剪强度弱化公式,并采用拟静力方法将公式应用于烟台港防波堤数值模型的计算中,结果表明考虑强度弱化效应的计算方法更加接近工程实际。     

高动应力水平下软粘土动力特性研究及应用

软粘土在受到不同应力水平动荷载作用时动力特性差异较大,在低水平动应力作用下土体强度呈现循环弱化并趋于稳定状态,在高水平动应力作用下土体强度会发生循环破坏,高、低动应力水平的临界值称为临界动应力。目前研究大多针对低水平动应力作用下土体强度循环弱化问题。针对烟台港淤泥质粉质粘土开展了一系列动三轴试验,探究淤泥质粉质粘土的临界动应力变化特性及土体在高水平动应力下的强度变化规律,研究了不同围压、不同固结静偏应力和不同超固结比条件下软粘土的动力特性。通过对动强度试验数据的统计分析,给出了土体临界动应力随固结围压的变化规律,得到了综合考虑循环次数、围压、静偏应力和超固结比的土体动强度模型。依据已有的低水平动应力下循环强度弱化模型和建立的高水平动应力下动强度模型,通过二次开发将其在ABAQUS软件中实现,建立了综合考虑不同动应力水平下土体强度循环弱化和循环破坏的有限元数值模型,并通过实例研究了土体强度循环破坏对地基承载力的影响。     

真空预压加固吹填淤泥土现场试验研究

分析了某滨海地区新近吹填淤泥土的物理力学性质、颗粒组成和强度分布特点,通过现场试验研究了真空预压作用下吹填淤泥土的沉降和强度变化特性,指出吹填淤泥土为大变形沉降,固结和强度提高较慢,加密排水板可促进淤泥土的排水固结,增大沉降,泥面铺设土工布有利于真空压力的平面传递和排水固结.分析了抽真空过程中排水板周围淤泥抱团区的土性、颗粒组成和强度变化,指出吹填淤泥土颗粒细、结构性强度低、含水率高、流动性大是形成淤泥抱团的主要原因,提出了解决设想.     

循环荷载作用下淤泥质黏土软化试验研究

针对连云港地区淤泥质黏土颗粒细、渗透系数小的特点,研究了循环荷载作用下土体的软化规律,提出该类土体软化指标.通过三轴循环荷载试验,得到累积轴向应变值和轴向应变值随着循环应力幅值比和固结压力的增大而增大;土样中平均孔压比随着循环应力幅值比的增大而增大;循环荷载的周期越大累积轴向应变和平均孔压值越大;在循环荷载作用初期,变形模量的弱化随着循环应力幅值比和循环周数的增大而更加显著.对试验数据进行分析,得出在风暴潮的波浪循环荷载作用下,连云港地区淤泥质黏土的模量和强度折减系数在0.75~0.80之间.     

淤泥固化土力学性质试验研究

利用固结排水直接剪切试验,可得到未固化淤泥和固化淤泥试样的剪切应力-剪切位移关系,进行计算可得粘聚力和内摩擦角。试验结果表明:不同的水泥掺量和竖向压力可诱发淤泥试样剪切应力-剪切位移关系曲线形状变化,水泥掺入可明显改善淤泥试样粘聚力和内摩擦角,且二者均随水泥掺量的增加而增加。水泥掺入可明显引起无侧限抗压强度和变形模量显著增加,但破坏应变明显减小;随着水泥掺量增加,淤泥力学性质可得到明显改善;破坏应变与抗压强度之间服从幂函数关系,而变形模量与抗压强度之间服从线性关系。     

波浪作用下结构-海床耦合系统失稳破坏机理的数值探究

为探究波浪作用下结构-海床耦合系统的失稳破坏机理,建立能模拟此破坏情况的计算模型,文章在设置接触面情况下,将循环荷载作用下饱和粘土不排水抗剪强度模型及动孔压模型引入等效线性化计算模型,并对该耦合系统进行动力分析计算,计算结果更准确地反映了土体的塑性变形积累和强度衰退随循环荷载周期的变化,并且与模型实验的观测结果更接近。     

荷载作用下软粘土土性指标变化规律试验研究

目前许多港口与海岸工程建设在深厚软粘土地基上,荷载作用下软粘土土性指标的变化成为工程设计中关心的问题,而固结度和上部结构物产生的竖向荷载是影响地基土体土性指标的主要因素。针对烟台港淤泥质粉质粘土原状土样,通过三轴固结不排水剪切试验,研究不同固结压力、不同固结度下软粘土抗剪强度和土性指标的变化规律。试验结果表明,荷载作用下软粘土的抗剪强度和土性指标基本随固结度和轴向偏应力的增大而线性增大,粘聚力增长幅度十分显著,而内摩擦角增长幅度相对较小。根据试验数据,提出工程设计中考虑荷载作用的土性指标计算公式。     

动力排水固结加固后南沙港区软土次固结性状试验研究

结合广州南沙港区淤泥质地基处理工程,对采用动力排水固结法加固后的软土次固结性状进行了试验研究。结果显示,夯击后土体的主次固结分界不明显,只有在固结压力水平较低、加荷比较大时能够划分主次固结;夯击加固后土体的次固结系数与固结压力有关,平均最大次固结系数约为原状土样最大次固结系数的30％,且存在一个最佳夯击能,使得加固处理后土体的次固结系数最小。     

荷载频率对土体动强度影响分析

基于目前开展的受不同频率波浪荷载作用的土体动强度研究较少,而我国的港口岸线土质大多为粘性土和粉土,根据波浪荷载的特点,文章对不同类别的土样分别进行了不同振动频率的固结不排水动三轴剪切试验。试验表明,加荷频率对土体动强度有一定影响,而影响程度还受到土性条件的制约。通过试验得出,振动频率对粉质粘土和粉土的动强度有一定影响,在0.05~1.0 Hz范围内是单调增加;荷载频率对粉砂的动强度也有影响,但不是单调增加或递减,f=0.2 Hz时,动强度最高,f=0.5~1.0 Hz时,粉砂动强度变化不大。     

长江口软基围堤施工的加载速率效应

针对长江口某围堤施工软土堆载过程中的稳定性问题,进行不同加载模式下的应力路径试验,分析长江口软黏土的应力-应变关系、结构损伤特性、强度及应变率发展模式,为该围堤工程的施工速率选取及施工过程中的稳定性控制提供技术依据。结果表明:在不考虑固结的前提下,土体的不排水抗剪强度几乎不受加载模式影响;最终强度与达到破坏时的应变大小无关,但与分级加载时间和分级静置时间存在相互作用关系;土体失稳时的应变率与加载速率和静置时间均有一定关系,且加载速率的影响更大;当加荷超过不排水抗剪强度的80%时,或分级最大应变率逐渐偏离加载初期的线性变化,土样濒临破坏。     

压实条件及细粒含量对回填土抗震稳定性的影响

为了深入研究压实条件与细粒含量对土抗震稳定性的综合影响,对不同级配的土开展了循环荷载三轴试验,探讨了含水率、干密度、饱和度对其不排水动强度的影响规律及机理,分析了不同细粒含量压实土所呈现的动强度特征差异,并引入以压实度和饱和度为自变量的方程来定量表述动强度。研究结果表明:在一定的压实能量下,达到最大干密度的土并不一定具有最大的不排水动强度,对于细粒含量较大的土,动强度由压实度和饱和度同时决定,而对于细粒含量较小的土,动强度基本只受压实度的影响;利用动强度预测方程可以在不掌握击实曲线的前提下预测压实土的不排水动强度,为抗震稳定性评价提供依据。     

吹填流泥地基真空预压浅层加固需求研究

吹填流泥地基采用真空预压浅层加固的主要目的是为深层地基处理提供稳定的工作面,因此真空预压浅层加固后应避免深层地基处理时可能出现的垫层前沿滑动破坏、浅层加固区地基承载力破坏及由浅层加固区向下卧流泥的冲剪破坏等。根据深层地基处理时浅层加固区地基承载力破坏、由浅层加固区向下卧流泥抗冲剪破坏两种破坏模式推导得到真空预压浅层加固区不排水抗剪强度需求公式;深层地基处理垫层施工时前沿稳定需求的真空预压浅层加固区不排水抗剪强度应根据整体稳定性分析确定。分析表明,深层地基处理时浅层加固区地基承载力、抗冲剪需求的浅层加固区不排水抗剪强度与垫层厚度、深层处理施工机械、浅层加固厚度等有关;当深层处理垫层厚度超过1 m后,垫层前沿稳定需求的浅层加固区不排水抗剪强度急剧增大,且下卧流泥越厚,需要的抗剪强度越大。     

Large deformation coupled analysis of embedded pipeline – Soil lateral interaction

Subsea pipelines buried in the seabed may undergo large lateral displacement under environmental, operational, and accidental loads at different interaction rates and hence different drainage conditions. The undrained shear strength is commonly used in practice to assess the pipe-soil interaction assuming a sufficiently high displacement rate. This approach neglects consolidation effects and the rate-dependent response of the soil and may significantly underestimates the lateral resistance for a pipeline moving slowly relative to the ground. In this study, a coupled large deformation finite element (LDFE) framework is developed via a remeshing and interpolation technique with small strain (RITSS). A Modified Cam-Clay (MCC) model with efficient numerical integration is used. The proposed coupled LDFE framework is verified against selected physical model tests. Effects of the interaction rate and hence drainage condition on the p-y curve, excess pore pressure generation and dissipation, and failure mechanisms are discussed. An empirical relationship between the ultimate resistance and the normalized velocity of the pipe (denoting the drainage condition) is proposed, which may be applied for the integrity and safety analysis of buried pipes in landslide or fault-crossing regions.     

考虑土体密实度的钢-土界面剪切特性研究

土体密实程度对内河码头大尺寸钢护筒嵌岩桩的承载性状具有重要的影响。在一定含水率及颗粒级配条件下,控制试样土体干密度分别为1.80,1.85,1.90 g/cm3进行土体与钢板的往复剪切室内试验,探索了不同干密度条件下试样在不同法向应力条件下的剪应力-剪位移关系、极限剪切强度以及界面往复剪切的残余强度。研究发现钢-土界面的剪切过程主要有3个阶段:弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;极限剪切强度满足摩尔库伦准则且随干密度增大粘聚力和内摩擦角均增大,且呈线性增加;往复剪切过程中,研究剪应力的变化情况发现同方向不同循环过程中最大剪应力几乎保持不变,不同方向剪切循环过程中,负方向剪应力均比正方向稍大。     

半潜式钻井平台用钢DH36安定行为试验研究

为了给半潜式钻井平台的安全性和寿命评价提供可靠试验依据,在室温下对半潜式钻井平台用钢DH36钢进行了考虑加载波形、加载速率和应力比影响的多工况单轴棘轮安定试验。结果表明:循环硬化速率随循环周次的增加快速下降,在低于某一值的循环应力作用下,应变将最终趋于棘轮饱和状态;正弦应力波比三角波更快地趋于安定,采用较低的加载速率可以加速材料趋向饱和棘轮状态;峰值应力固定不变时,棘轮应变对应力比历史无明显的记忆性;波形和加载速率对饱和棘轮应变的影响有限,饱和棘轮应变随着应力峰值的增加而增大。     

Numerical investigation on the ultimate strength behaviour and assessment of continuous hull plate under combined biaxial cyclic loads and lateral pressure

The ultimate strength of continuous hull plate under combined biaxial cyclic loads and lateral pressure is investigated in the present paper by using nonlinear finite element method. Geometric nonlinearity due to large deflection and material nonlinearity induced by kinematic hardening and isotropic hardening are both accounted for. A parametric study is designed and completed to examine the longitudinal ultimate compressive strength behaviours in the cycles on the basis of a large number of load-shortening curves. Effects of series of parameters especially the plate slenderness ratio, transverse cyclic compression, lateral pressure and cycle number are analyzed with details. It is found that the strength characteristic and collapse mode are highly affected by the coupling influence of the mentioned factors as well material behaviours. A dimensionless unified formulation as a function of the decisive factors is empirically proposed to accurately assess the ultimate strength of continuous hull plate in various cycles.     

淤泥海砂混合料动力特性试验研究

沿海地区淤泥和海砂储量丰富,适当配合比的淤泥海砂混合料理论上可用于海堤填筑。采用DDS-70型动三轴试验系统和GZZ-50型共振柱试验系统,对不同配合比的淤泥海砂混合料进行动力特性试验研究,得出淤泥海砂混合料的动强度和最大动剪切模量,并分析不同配合比和固结围压对淤泥海砂混合料的动强度以及最大动剪切模量的影响。试验结果表明,淤泥海砂混合料的动强度和最大动剪切模量均会随着固结围压的增大而增大;随着混合料中海砂含量的降低及淤泥含量的增加,其动强度和最大动剪切模量会减小。     

Cyclic behavior and strain energy-based fatigue damage analysis of mooring chains high strength steel

This study investigates the low-cycle fatigue behavior of mooring chains high-strength steel grade R4 under different strain amplitudes and strain ratios at room temperature. A fatigue test program has been carried out on small low cycle fatigue specimens cut from large mooring chains. The experimental results characterize the cyclic stress-strain relationship, the mean stress relaxation behavior, and the cyclic plasticity parameters of the material. Strain energy density is correlated with fatigue life through a simple power-law expression and very well represented by Basquin-Coffin-Mansion relationship. Further, a non-linear elastic-plastic material model is calibrated to the experimental stress-strain curves and used for the estimation of energy dissipation in the specimens under applied cyclic loads. The predicted fatigue life using the calibrated material parameters demonstrates a close agreement with the experimental fatigue life. Numerical simulations are carried out to analyze local plastic straining and assess crack initiation at the pit site of corroded mooring chains considering the multiaxial stress state. An energy-based approach is employed to estimate the number of cycles needed for a crack to initiate from an existing corrosion pit.     

广西右江沿岸粘土三轴渗流剪切强度试验研究

水位骤降是影响边坡失稳的重要因素之一。渗透性较差的粘性土质边坡在水位骤降时坡体内形成的渗流力要远大于渗透性较好的边坡坡内产生的渗流力,所以更容易发生边坡变形、失稳。文章通过室内三轴试验,研究广西右江沿岸饱和粘土渗流特性和渗流作用下的抗剪强度变化规律。根据试验结果,得出了在不同围压状态下,该地区饱和粘土比降—渗流速度、渗透压力—粘聚力、渗透压力—内摩擦角间的关系及变化规律,同时对其关系曲线进行了拟合,得到了相应的拟合函数。