不同平均主应力条件下重塑黄土的应力应变特性

利用GDS空心圆柱扭剪仪,在不同平均主应力条件下对青海重塑黄土进行一系列定向剪切试验,研究平均主应力对青海重塑黄土应力应变特性的影响。试验保持中主应力系数b不变,在不同平均主应力条件下,将重塑黄土试样分别进行主应力轴未发生旋转和旋转45°两种剪切破坏应力路径的剪切试验。结果表明：平均主应力和主应力方向角对重塑黄土的强度和变形有着显著影响;重塑黄土在大主应力方向角等于45°剪切破坏时峰值八面体剪应力与平均主应力呈线性关系,重塑黄土破坏时所产生的八面体剪应变发展趋势基本相同;剪切过程中,重塑黄土的大主应变和小主应变成对称发展,破坏时中主应变只有小幅度增长。当八面体剪应力-应变曲线没有出现峰值时,建议采用八面体剪应变为15%对应的八面体剪应力作为重塑黄土的破坏标准。     

南黄海辐射沙脊群粉质砂土液化后大变形特性试验研究

采用英国GDS动力三轴试验系统,针对南黄海辐射沙脊群粉质砂土,进行了不同相对密度、不同加载频率及不同固结比条件下的循环三轴试验,并在试样达到液化控制标准后进行固结不排水单调剪切试验,进一步探讨粉质砂土液化后大变形特性。结果表明：试样在动力三轴试验过程中达到液化控制标准并固结排水后,在整个单调剪切过程中,一直呈现出应变硬化的特性,产生很小的正孔隙水压力后,孔隙水压力向负的方向发展,试样始终处于剪胀状态,并最终达到稳定。     

微生物固化砂土强度增长机理及影响因素试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）可以显著改善砂土的工程力学特性,但其固化效果易受诸多因素影响。基于不同胶结水平微生物固化砂土试样,开展固结排水三轴剪切试验和扫描电镜测试,探讨了MICP技术的固化效果及其相关机理;在此基础上,研究了胶结液浓度、砂土初始密实度、胶结液浓度配比等因素对微生物固化砂土抗剪强度的影响。结果表明：随着胶结水平的提高,微生物固化砂土试样强度提高,试样的脆性也越显著。微生物固化砂土强度的增长主要源于碳酸钙晶体对土体黏聚强度的提高。微生物固化砂土的强度主要包括土骨架强度和碳酸钙晶体胶结强度两部分,前者受土体性质及相关参数影响,后者主要取决于碳酸钙晶体的含量。采用合适的砂土初始密实度,适当提高胶结液浓度以及胶结液中尿素的浓度占比,均可提高微生物固化砂土试样的胶结强度。     

基于Gross方程的饱和砂土液化后流动特性模型

将液化后的饱和砂土视为一种流体，其流动特性表现出类似剪切稀化非牛顿流体的特性。根据非牛顿流体力学理论分析液化后饱和砂土的流动特性发现，当处于零有效应力状态时，可以用纯粘性流动本构模型较好地描述砂土的剪应变率表观黏度关系。通过拟合动扭剪试验结果的流变曲线，对比分析了几种常用的纯粘性流动本构模型，发现Gross模型可以较好且较简洁地描述液化后砂土零有效应力状态时的流动特性。通过对拟合参数的分析，建立了基于Gross模型的液化后饱和砂土零有效应力状态的流动本构模型，得到时间量纲下的参数K以及零剪切表观黏度η₀和极限剪切表观黏度η_∞的函数关系。考虑相对密实度、固结应力和应力历史对模型参数的影响，阐释了模型参数的函数关系以及物理意义。     

微生物固化纤维加筋砂土抗剪强度试验研究

微生物固化（MICP）技术能显著提高土体的抗剪强度,但微生物固化土体也存在脆性破坏特征显著的缺陷。向待固化砂土中掺入一定量的纤维,以改善微生物固化砂土的脆性破坏特性,并基于固结排水三轴试验研究了微生物固化纤维加筋砂土的抗剪强度特性,在此基础上探讨胶结次数、纤维含量、纤维长度以及试样初始相对密实度等参数对微生物固化纤维加筋砂土剪切特性的影响。最后,结合电镜扫描测试探究纤维加筋对微生物固化砂土剪切特性影响的内在机理。结果表明：MICP过程中,碳酸钙晶体能有效沉积在纤维表面,提高其表面粗糙度,且碳酸钙与砂的混合体能对纤维提供锚固作用,从而在一定程度上提高微生物固化砂土抗剪强度,并改善其应变软化特性,纤维具备改善微生物固化土体脆性破坏特征的潜力。     

SICP方法加固饱和砂土提高抗液化能力的动三轴试验研究

在地震作用下,饱和砂土地基易达到液化状态，从而形成安全隐患。以标准砂为材料进行大豆脲酶诱导碳酸钙沉积（SICP）的胶结固化，对30%、40%和50%相对密实度下的中密砂分别做1~3次处理，进行不同循环剪应力与有效固结围压比值下的动三轴试验。通过分析动应变、超孔隙水压力、动循环次数，对SICP方法处理饱和砂土的抗液化效果进行评价。结果表明：试样的孔压与应变发展都呈现出分阶段增长的特点，孔压在加载瞬间会急剧增长到一定水平，而后伴随塑性应变以稳定的速率增长，直至破坏。SICP方法处理饱和砂土能有效增强砂土的抗液化能力，减缓超孔隙水压力的增长速度，且处理次数越多，密实度越高，抗液化效果越好。     

基于粒子图像测速的锚板抗拔破坏机理试验研究

锚板拉拔过程是板与周围土体相互作用的过程,研究锚板周围土体的变形破坏机制对锚板抗拔力的预测具有重要意义。基于粒子图像测速（PIV）技术开展了一系列锚板拉拔试验,试验结果表明：PIV技术可以有效地捕捉到不同砂土地基密实度和锚板埋深条件下锚板拉拔过程中周围土体的变形破坏模式。PIV位移场分析结果显示：锚板埋深较浅时,松砂地基中破坏模式呈现直面破坏,密砂地基中呈现斜面破坏;锚板埋深较大时,松砂地基中土体内部锚板上方形成灯泡形影响区,密砂地基中呈现曲面破坏。PIV应变场分析结果表明：无论砂土地基埋深如何,松砂地基中形成的剪切应变带与水平面夹角为45°+φ/2,密砂地基中形成的剪切应变带与垂直面夹角约为φ/4。     

描述饱和砂土剪切特性的一个热力学本构模型

砂土的力学特性十分复杂,与其所处的物理状态直接相关,表现为松砂的剪缩以及密砂的剪胀特性,受相对密度和有效围压的共同影响。为有效地描述饱和砂土在不同物理状态下的剪切特性,基于颗粒物质热动力学理论,考虑颗粒层次能量耗散机制,并结合引入状态参数的剪胀方程,发展一个饱和砂土的热力学本构模型。该模型形式较为简单,不涉及屈服准则、流动法则等概念,而是引入颗粒熵和颗粒温度的概念来描述砂土内部的不可逆变形,并通过迁移系数和能量密度函数将饱和砂土内部的能量耗散机制与宏观力学行为建立联系。模型可以反映饱和砂土在剪切过程中由于相对密度和有效围压的变化对土体强度和变形特性的影响。基于模拟计算结果与等向压缩、三轴不排水以及排水剪切试验结果的对比,验证了模型描述饱和砂土剪切特性的能力。     

剑麻纤维/砂土复合材料三轴剪切强度特性

为改善砂土的抗剪强度特性,针对剑麻纤维加筋砂土复合材料,通过一系列不固结不排水三轴试验,对不同纤维掺量、纤维长度和砂土干密度条件下剑麻纤维/砂土复合材料的剪切强度特性进行深入研究,并对剑麻纤维加筋机制进行分析。试验结果表明：复合材料中纤维相对含量改变时,初始刚度变化不大;适量的纤维掺量和纤维长度可以在砂体内形成三维网状结构,对比未加筋试样黏聚力显著提高,表明纤维加筋可有效提高砂土的抗剪强度;由于密度增加使得剪切过程中纤维与砂颗粒间的咬合和滑动摩擦力增加使复合材料抗剪强度显著提高;围压增加纤维与砂土界面有效接触面积导致砂土抗剪强度与峰值偏应力明显增强。采用剑麻纤维加筋砂土可增强砂土间界面作用力,明显改善砂土抗剪强度特性。     

玻璃纤维加筋砂土剪切强度特性研究

纤维作为一种土体加筋材料,在土体中所表现出的力学特性有别于一般的土工合成材料.为了深入了解纤维加筋土的剪切强度特性,通过土工合成材料直剪仪,以砂土为研究对象、玻璃纤维为加筋材料,在控制含水量、纤维掺量和相对密实度条件下开展一系列的直剪试验.试验结果表明:纤维加筋砂土的内摩擦角随含水量的增大而减小,黏聚力没太大变化;玻璃纤维能有效提高砂土的剪切强度和破坏韧性,临界纤维掺量为0.4%;纤维加筋砂土的剪切强度和剪切强度参数(黏聚力和内摩擦角)随相对密实度的增加而增加.总体而言,低含水量、0.4%纤维掺量和高相对密实度能有效改善玻璃纤维加筋砂土的剪切强度特性.     

砂土动应力-应变发展特性试验

对福建标准砂和南沙群岛珊瑚砂进行了不同初始固结条件下的循环剪切试验.试验结果表明,在不同固结条件下动应力-应变发展模式显著不同.在均等固结条件下,动应力-应变关系的循环效应和对称累积特性均十分显著,随着砂土强度的完全丧失累积变形迅速发展;而在非均等固结条件下,当动应力作用平面上具有扭剪应力预剪作用时,剪应变则以单向累积变形为主,当动应力作用平面上只有轴向应力作用时,剪应变循环效应相对较大,累积变形并不显著,即使在循环扭剪荷载作用下,变形仍以轴向变形为主.这种特征似乎与中主应力系数没有显著的依赖关系.     

基于微观力学分析的散粒体静力液化本构模型

针对散粒体的静力液化特性,在散粒体颗粒运动微观力学分析的基础上,在临界状态土力学框架内建立了一个简单的静力液化弹塑性本构模型.模型屈服函数和和硬化规律根据Chang提出的砂土微观力学模型,通过积分粒间接触力为宏观的应力不变量而建立,考虑了与材料状态相关的剪胀性和初始密度对散粒体应力-应变关系的影响,并采用非相关联的流动法则.模型参数简单且有较明确物理意义,可以通过室内三轴试验确定.模型的数值结果与Toyoura砂以及砂-粉混合土的三轴不排水剪切试验的应力-应变曲线和应力路径吻合较好.     

泡沫改良砾砂渣土力学行为与流变模型研究

正确认识土压平衡盾构渣土力学行为特征是优化渣土改良方案、确保盾构开挖面稳定和高效掘进的重要前提,为此,针对砾砂地层盾构改良渣土,采用加压式十字板剪切仪,通过不排水侧限压缩试验,揭示泡沫改良砾砂法向压力-压缩应变的关系;通过多工况十字板剪切试验,探究泡沫改良砾砂的剪切变形全过程,分析其峰值和残余剪切强度的大小及影响因素。试验结果发现泡沫改良砾砂符合可压非牛顿流体的特征,因此,基于流变学建立泡沫改良砾砂的可压缩宾汉姆流体本构模型,拟合并分析改良土的流体压缩系数、不同法向压力下的流变参数(屈服应力、塑性黏度),并提出其密度和峰值及残余剪切强度流变参数的压力相关性公式。研究成果可提升对带压环境下泡沫改良砾砂渣土力学行为特征的认识,并为描述盾构渣土宏观流动变形的计算流体力学数值模拟提供理论依据。     

强震作用下饱和粉细砂液化振动台试验

针对强震区饱和粉细砂液化问题,依托海南铺前大桥实体工程,基于振动台模型试验,选用叠层剪切式模型箱,模拟自由场在地震作用下的振动反应,分析0.15g～0.80g地震动强度下不同深度饱和细粉砂孔压比的变化规律,探讨饱和粉细砂的液化判别方法.结果表明:饱和粉细砂超静孔隙水压力、孔压比的增长滞后于地震动应力,且粉细砂深度越深,滞后时间越长,上覆土层厚度对于饱和粉细砂的抗液化性能有重要影响;深度为5 cm、60 cm和110 cm的饱和粉细砂,当地震动强度分别≥0.15g、0.20g和0.25g时发生液化,此时孔压比稳定值均≥0.8,提出以0.8作为饱和粉细砂液化的临界孔压比;对比讨论现有常用方法的液化判定结果,提出一种以饱和粉细砂深度、地震动强度和孔压比为判据的饱和粉细砂液化判别新方法,可为铺前大桥基础的合理设计与施工提供科学依据,也可为类似工程提供技术支持.     

地震作用下可液化饱和自由场地动力响应

针对既定埋深条件下的可液化自由场地在地震作用下动力响应问题,基于OpenSEES计算程序和有效应力动力分析方法,通过建立自由可液化饱和场地数值计算模型进行了耦合动力响应分析.计算结果表明:可液化场地β谱曲线卓越平台随埋深的增加而逐渐变窄,场地土层存在典型的高频滤波、低频放大效应;随着土层埋深和土层密实度增加,砂土层内的液化趋势明显减弱;饱和砂土和黏土层在地震作用下会分别发生剪缩效应和循环软化效应,进而使得土体产生不可恢复的残余变形及地表震陷.     

海底管线周围海床的地震液化分析

地震荷载作用下海床液化是海底管线失稳的主要原因之一.本文建立了地震荷载作用下海底管线周围海床液化的有限元模型,采用土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪,将不排水循环扭剪试验条件下得到的孔隙水压力增长模式引入到二维动力固结方程中,基于有限元方法对推广的固结方程进行数值求解,得到了地震荷载作用下海床中累积孔隙水压力的发展过程与变化规律.通过变动参数计算了海床土性参数和管线几何尺寸对由地震所引起的管线周围海床中累积孔隙水压力分布的影响,进一步对管线周围海床的液化势进行了评判.     

动力荷载下砂土的本构模型探讨

中密砂在不排水或基本不排水剪切条件下,当应力进入剪胀区时,会出现剪胀硬化反应;当应力到达破坏面且沿破坏面不断地发展时,会产生剪胀破坏.本文提出了一个砂土动力荷载下模拟剪胀破坏的本构框架,编制了计算程序并进行了模拟计算.     

侧向卸荷路径下天津滨海软土强度参数试验研究

针对侧向卸荷条件下软土变形、强度等典型力学特性,选取天津滨海新区9～18,m深度海相软土为研究对象,采用应力-应变控制式三轴剪切渗透试验仪,对试样进行了三轴不固结不排水试验(UU)、三轴固结不排水试验(CU)以及K0固结轴向卸荷试验(DEP).试验结果表明:UU、CU、DEP试验应力与应变关系曲线呈双曲线特性,UU与CU试验应力与应变关系曲线呈硬化特征,DEP试验应力与应变关系曲线呈软化特征.DEP试验对于总应力强度参数有影响,对有效应力强度参数影响较小.