风化砂改良膨胀土的滞回曲线特征对比研究

滞回曲线是构建土体动本构模型的核心,通过GDS动三轴试验,研究不同围压、加载频率、动应力幅值下风化砂改良土体滞回曲线变化规律。采用滞回圈形态特征:长轴斜率k,包围的面积S、滞回圈短轴与长轴之比α以及残余应变ε_p对土体滞回曲线进行定量描述,研究结果表明:膨胀土滞回曲线呈狭长斜椭圆形,k随动应变的增长而减小,随围压、频率的增大而增大,低频加载对k值影响较小;S及ε_p在动应变发展前期增长较小,后期呈指数增长,并随围压和频率的增加而减小。围压对S,ε_p影响主要位于ε_d≥0.1%,频率对S,ε_p的影响分别位于ε_d≥0.1%和ε_d≥0.2%;α变化趋势随动应变存在一明显的分界点,表现为先减小后增大,α值随围压、频率的增大而减小;与未改良土体相比,经风化砂改良后的土体k值减小,S,α和ε_p增大;在减小土体膨胀性的同时降低了刚度,可以发挥作为路基减震隔振优势。     

青藏冻结黏土滞回曲线形态特征的定量研究

 滞回曲线的形态特征包括不闭合程度、宽窄程度、向应变轴的整体倾斜程度、密集程度和面积,采用残余应变?p、滞回曲线的短轴与长轴之比?、滞回曲线长轴的斜率k、相邻滞回曲线中心点之间的距离d和滞回曲线所围成的面积S五个参数定量表征滞回曲线的上述形态特征。对不同负温条件下的冻结青藏黏土进行动三轴试验,分析滞回曲线的形态特征,结果表明：同一级动荷载下,?p,?,k,d和S随振次的增加变化不大,因此,可以采用各参数的平均值来反映各级加载下滞回曲线的形态特征;随着动应变幅的增加,?p,?,d和S逐渐增大,k逐渐减小,即滞回曲线越来越不闭合、越来越宽、向应变轴整体越来越倾斜、越来越疏松、面积也越来越大,表明土的残余塑性应变、黏滞性、细观损伤程度和能量耗散越来越大,刚度越来越小。     

分级加载下冻土动弹性模量的试验研究

基于黏弹性理论,将动态弹性模量的最大值定义为冻土的动模量,通过计算滞回曲线中直线斜率的方法来计算冻土的动模量。通过动三轴试验,对不同频率、围压和负温条件下冻土的动模量随动应变幅的变化规律进行了试验研究,结果表明：在不同频率(0.1～20 Hz)、围压(0.3～2 MPa)和负温(-0.2～-2℃)条件下,青藏黏土的动模量取值范围为393～1749 MPa,兰州黄土的动模量取值范围为101～713 MPa;同一级加载下,动模量随着振次的增加基本不变,可以采用平均值来表征该级加载下的动模量;对于青藏黏土和兰州黄土,不同频率条件下,动模量随动应变幅的增加最终趋于一稳定值,该稳定值随加载频率的增加而增大;不同温度和围压条件下,随着动应变幅的增加,动模量先减小再趋于一个稳定值,该稳定值随围压的变化较复杂,随温度的降低而增大。     

应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应

南京砂岩、合肥砂岩在频率为0．5-25Hz的循环加载实验中取得了滞回曲线，其非稳定部分主要由加工硬化阶段产生的微损伤引起，且滞回曲线随频率的增高朝稳定滞回圈发展，随循环数增加，滞回圈由稀变密，滞回圈面积减小。从3方面阐明了循环加载的应变硬化和软化响应：在恒应力控制下轴向应变幅值减小，应变振幅随应力振幅的增大逐渐增大，随应变振幅的增大其模量减小。     

单幅值循环动载下饱和砾砂动力特性试验研究

为探究动应力比和围压对饱和砾砂动力特性的影响,通过一系列饱和砾砂动三轴试验,分析了动应力比和围压对饱和砾砂轴向累积应变、回弹模量、动孔隙水压力以及滞回曲线的影响。结果表明:在同一围压下,动应力比增加时,砾砂的轴向累积应变、回弹模量增大,而动孔隙水压力减小;不同围压下,饱和砾砂的轴向累积应变、回弹模量以及动孔隙水压力均随围压的增加而增大;围压的增大有利于提高土体能量耗散的能力,而振次的增加会使土体的耗能作用减小;滞回曲线的倾斜程度随动应力比、围压以及振次的增加而增大,表明土体的回弹模量增加、刚度增大;滞回曲线的演化规律能够更加形象地反映出土体形变、刚度和耗能作用的变化,对土体动力特性进行分析时应结合滞回曲线的演化规律进行综合分析。     

波浪循环荷载作用下滨海软土水平向动力特性试验研究

为研究海上风电桩基在波浪荷载作用下,产生水平向循环荷载对桩基周围土体动力特性的影响,以唐山地区滨海软土为研究对象,通过室内动三轴试验,研究不同围压、动应力幅值和振动次数条件下对软土水平向动力特性的影响。结果表明:软土水平向动强度随围压增加而增加,随振动次数增加而减小;动应力幅值增大,破坏振次减小;水平向动应变εd随振动次数增加变大,且动应力幅值越大,增速越明显,变化规律遵循Monismith模型;动应力幅值改变时,软土水平向动模量变化明显,当围压减小,动弹性模量减小;曹妃甸软土水平向间具有明显的结构性,不同围压条件下,随动应力幅值增加动阻尼比均表现增大趋势。     

海东地区原状黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

使用英国GDS双向动态三轴试验系统对青海省海东地区原状黄土进行动力特性试验研究。试验结果表明:动应变ε_d 1%时,动剪切模量随动应变的增加急剧减小;动应变ε_d1%时,动剪切模量随动应变的增加减小缓慢,后期基本趋于稳定。动剪切模量随固结围压、固结应力比、加载频率的增大而增大,且增大幅值随应变的增大呈现减小的趋势。在动应变ε_d 0.5%时,阻尼比随动应变的增加迅速增大;在动应变ε_d0.5%时,阻尼比随动应变的增加缓慢增大;在较小动应变时,固结围压、固结应力比、加载频率对阻尼比无明显的影响,随着动应变的增大,阻尼比随围压、加载频率的增大而减小,随固结应力比的增大而增大。     

循环荷载作用下围压对砂岩滞回环演化规律的影响

 利用MTS815岩石力学试验系统对砂岩进行循环荷载作用下不同围压时的三轴压缩试验,研究循环荷载作用下围压对砂岩滞回环演化规律的影响。试验结果表明：(1) 可将滞回环分为加载段和卸载段分别进行二次拟合。在加载段,随着循环次数的增加,拟合参数A,B随围压的增大而增大,而拟合参数C随围压的增大而减小,拟合曲线的开口均逐渐增大并趋于稳定,且围压越大,其达到稳定的时间越短;在卸载段,随着循环次数的增加,拟合参数A随围压的增大而减小,拟合参数B,C随围压的增大呈现减小的趋势,拟合曲线的开口逐渐增大并趋于稳定,且围压越大,其拟合曲线的开口越大。(2) 随着围压的增加,砂岩的滞回环面积增大,这说明随着围压的增加,试件在每个循环中所耗散掉的能量也在增加,即裂纹扩展所需要的能量也会随着围压的增加而增加。(3) 分析试验参数和拟合曲线,得出轴向单位体积耗散能与循环次数的关系符合乘幂负指数关系,曲线的特征是随着循环次数的增加,轴向单位体积耗散能衰减很快,逐渐达到稳定。     

循环荷载下冻结兰州黄土变形性质的实验研究

对温度为-1 ℃的冻结兰州黄土在围压为0.6 MPa和不同动荷载振动频率条件下进行动三轴试验,试验采用分级加载,每一级荷载振动十次,加载波形为正弦波。实验结果表明:冻结兰州黄土的累积应变在整个加载过程中逐渐增大;当动荷载加载级数增加时,累积应变率逐渐变大。动应变幅随加载频率和振次的增加而减小;当频率小于或等于1 Hz时,动应变幅随加载级数的增加而增大;当频率大于1 Hz时,动应变幅随加载级数变化不大。随着加载级数的增加,滞回曲线的面积和密集程度越来越小,整体斜率和不闭合程度越来越大。用动模量来描述滞回曲线的整体倾斜程度。当频率小于或等于7 Hz时,动模量随加载级数的增加而增大;当频率大于7 Hz时,动模量随加载级数没有明显的规律。     

孔隙水压力与恒定时间对砂岩变形的实验研究

探讨三峡库水位在145-175 m之间涨落及蓄水时水压对岩(石)体的变形特性影响。以实验为基础,进行了不同轴向应力(1σ=55.54,34.18和12.82 MPa)条件下,周期孔隙水压力(Pmin=2 MPa,Pmax=6 MPa)与上、下限恒定时间(ΔT=120和240 s)作用下砂岩的变形特性实验。通过分析1ε-T与p-T关系曲线和p-1ε滞回曲线,可知:1ε-T砂岩曲线呈连续正弦波形演化,当孔隙水压力加载时,应变减小;上限恒定时,应变持续减小到谷值;卸载时,应变逐渐增大;下限恒定时,应变持续增大到峰值。砂岩p-1ε滞回曲线的2个阶段变化,一是微孔隙压密阶段,未形成明显的滞回曲线;二是孔隙水压力耦合阶段,形成了稳定的滞回曲线,表现形式由疏变密,并且稳定的滞回曲线呈逆时针演化。还对比了不同轴向应力和不同恒定时间条件下,每个p-1ε滞回曲线的四区段(加载段、卸载段、上限恒定段和下限恒定段)的Δε-n关系曲线。     

梁翼缘开长孔型节点滞回性能分析

提出了一种翼缘开长孔的梁柱节点形式,运用有限元软件ABAQUS对梁翼缘采用长孔削弱的钢框架梁柱节点进行循环荷载作用下的受力性能分析。考虑参数:开孔矩形部分起始部位距离柱翼缘表面的距离a、矩形孔长度b、矩形孔宽度c、开孔距离梁翼缘边缘的距离d的影响,开展了4个系列共19个节点模型的参数分析,对各模型的滞回曲线及破坏时节点处的Mises应力进行了详细分析,以得到合适的参数取值。分析结果表明:随着参数c的增大,节点的最大承载能力逐渐降低,塑性铰外移明显;参数a、b、d对节点的荷载-位移滞回曲线及骨架曲线影响很小;随着参数a的增大,塑性铰逐渐外移,随着参数b的增大,梁端焊缝处应力明显降低,随着参数d的增大,承载力略有降低,梁腹板上应力集中部位愈加靠近梁柱节点;建议参数取值a=(0.8~0.9)b_f,b=(0.7~0.9)h_b,c=0.15b_f,d=0.075b_f,其中b_f和h_b分别为梁截面宽度和高度。     

循环加、卸载孔隙水压力对砂岩变形特性影响实验研究

 利用MTS815岩石力学实验系统对饱和砂岩进行三轴等围压情况下的循环加、卸载孔隙水压力实验。结果表明：压密阶段的加、卸载曲线中出现了很多“Z”状的波动,这些小波的出现没有规律性,初始残余变形比较大,还没有形成明显的滞回曲线。在弹性耦合阶段稳定滞回曲线加载时,应变呈上凹“Z”状波动,在到达上限值前出现拐点,应变达最大值;卸载时,应变呈下凸“Z”状波动,在到达下限值前出现拐点,应变达最小值,该阶段形成稳定的滞回曲线,表现形式由疏变密,稳定滞回曲线包含弹性变形向塑性变形演化。在孔隙水压力的不同上限值和不同幅值区间的耗散能构成不对称“X”形。在加载段,随着孔隙水压力增大,耗散能逐渐减小;卸载段,随着孔隙水压力减小,耗散能逐渐减小。“X”形的交点出现的位置和夹角与不同上限值和不同幅值区间有关。在循环加、卸载孔隙水压力作用下,残余应变与循环次数的关系符合乘幂负指数关系。     

高强混凝土刚架结构的受力性能研究

通过 3个高强混凝土刚架结构在低周反复荷载作用下的抗震性能试验 ,对高强混凝土刚架结构的滞回曲线、强度、刚度及其滞回阻尼等受力特性进行了研究分析。结果表明 :小位移幅值下的循环加载时 ,试件的强度及刚度无明显的退化现象 ;随着位移幅值的逐渐增大及循环次数的逐渐增多 ,试件的强度、刚度及变形恢复能力逐渐降低 ;当承受大、小位移幅值交替循环加载时 ,模型试件仍具有较好的抗震工作性能     

压实膨胀土非饱和渗水系数函数的密度与水力滞回效应

为探讨密度与水力滞回对膨胀土非饱和渗水系数函数(hydraulic conductivity function, HCF)及非饱和渗流的影响,以压实弱膨胀土为研究对象,开展变水头渗透试验获得饱和渗透系数-孔隙比e关系。基于van Genuchten-Mualem(VGM)模型,采用TRIM(transient release and imbibition method,瞬态脱湿与吸湿)试验方法获得6种密度下脱/吸湿过程的HCF模型参数α,n,并构建α,n与e的经验公式。基于所获HCF模型参数在Hydrus中开展降雨入渗数值分析。结果表明:①土体密度与水力滞回对α,n影响显著;无论脱/吸湿过程,α,n均随e增大而增大;相同密度下,脱湿过程α,n均小于吸湿过程对应值。②密度与水力滞回均对吸力表达的HCF影响显著;不同e下HCF存在"交叉"现象:相同吸力下,交叉点前,密度小的试样渗水系数k值大;交叉点后,密度大的试样k值大;同一密度相同吸力下脱湿过程k值明显大于吸湿过程k值。③密度对体积含水率θ表达的HCF影响显著,相同θ下,密度大的试样k值小,但不存在"交叉"现象;水力滞回对θ表达的HCF影响微弱,同一密度下脱/吸湿过程HCF接近。④数值分析表明,土体密度对非饱和渗流影响显著,但密度变化对湿润锋前进速度快慢影响不具单调性;水力滞回对渗流分析结果影响明显;采用形式简单的HCF模型如VGM模型,采用α,n与e的经验公式,对不同密度、不同脱/吸湿路径采用对应的模型参数值,是综合考虑密度与水力滞回对非饱和渗流影响的可行方法。     

钢筋混凝土梁变幅滞回耗能能力衰变规律试验研究

在基于能量的结构性能设计方法中,需要根据耗能需求对构件进行能力设计,而了解位移历程和配筋状况对构件滞回耗能能力的影响规律是实现这一步骤的基础。通过对22根钢筋混凝土梁试件分别采用稳态变幅加载和任意变幅加载,分析位移历程、配箍率和配筋率的变化对钢筋混凝土梁滞回衰变规律的影响。研究表明,常幅滞回条件下,增加配箍率能够延缓钢筋混凝土梁滞回耗能能力的衰变过程,其延缓效果随滞回幅值的增大而降低;配筋率的变化对构件耗能能力的衰变过程未见规律性的影响;相对于配箍率与配筋率,滞回位移幅值的影响更为明显且更具规律性,滞回位移幅值越小,构件衰变至稳定的过程会更快,而衰变稳定后的残余耗能能力将更高。变幅滞回条件下,钢筋混凝土梁在某个半滞回的耗能能力决定于历史最大位移和已累积耗散的滞回能量,即钢筋混凝土梁的滞回耗能能力受最大历史位移和累积耗能的双控。基于这一双控规律,通过量化箍筋与滞回位移幅值对构件滞回耗能能力衰变的影响,提出了钢筋混凝土梁变幅滞回耗能能力的估计方法。     

有限应变条件下滞回模式对Q460高强度结构钢的适用性

对不同强度等级结构钢材进行了滞回性能试验研究，设置了等幅升幅、等幅交替和拉伸循环等不同加载路径以研究钢材在地震随机作用下的行为特性。考察了钢板板厚、屈服强度以及加载路径等参数对钢材滞回性能的影响，结果表明，在有限应变条件下，同种牌号不同板厚钢材的滞回性能差异很小，实际屈服强度接近的不同牌号钢材的滞回性能十分接近，不同加载路径下的滞回环有差异但幅度不大，结构钢材具有非完全Masing特性。在此基础上，给出了利用钢材循环加载骨架曲线确定不同应变幅值范围内Ramberg-Osgood方程相关参数的方法，进而建立了滞回环参数随应变幅变化的结构钢材滞回模型，此模型能反映屈服强度以及加载路径等的影响。与Q460钢材滞回试验进行比较，验证了该滞回模型的适用性。     

单调及循环拉伸下开孔Q235钢材力学性能试验研究

对33个Q235钢材性试件进行单向拉伸与循环拉伸加载下力学性能试验,对比试件的应力-应变曲线、荷载-位移曲线、骨架曲线,探讨试件在不同加载模式下的破坏机理、延性特征和滞回性能。试验结果表明,Q235钢材应力-应变曲线饱满,表现出良好的延性特征;开孔试件在孔洞周围应力集中现象明显;对比无开孔试件,开孔试件的耗能能力、抗拉强度和延性大幅度降低;试件开孔个数对试验结果有一定影响,开两个孔试件的延性及抗拉强度优于开一个孔的试件;试件耗能能力与加载模式的应变幅值和滞回圈数有关,试件耗能能力随应变幅值和滞回圈数的增大而增加。     

饱和砂土动力特性的动三轴试验研究

利用GDS 10 Hz/20 kN双向振动三轴系统,进行了一系列饱和砂土不排水动三轴试验,研究了不同固结围压对饱和砂土动力特性的影响。试验结果表明:动弹性模量随动弹性应变幅的增大而减小,随围压的增大而增大;阻尼比随动弹性应变幅的增大而增大,围压对阻尼比的影响不显著,动弹性应变比较低的情况下,阻尼比有随围压增大而减小的趋势;不同围压下砂土的动强度曲线可近似地归一,其振动孔压发展模式与Seed提出的砂土的振动孔压发展模式相同,可以用反正弦三角函数拟合。     

S型钢板阻尼器滞回模型及参数识别研究

提出一种易制作、易安装、易更换的S型钢板阻尼器,设计制作3组试件,通过开展拟静力试验,对其变形和破坏模式、滞回特性及耗能能力进行研究。基于试验结果提出一种改进的BWBN滞回模型,建立Simulink模型并开展试件参数识别研究。结果表明：S型钢板阻尼器的滞回曲线饱满,具有较大的变形能力,良好稳定的耗能能力,较高的延性系数和超强系数;阻尼器通过弯曲和轴向变形耗能,变形包括弯曲弹性段、弯曲屈服段及弯-拉屈服段,由于弯-拉强化效应,第三段刚度和强度逐渐增大,可提高结构承载能力并降低残余变形;所提出的滞回模型可以反映S型钢板阻尼器的弯-拉强化效应,能够较精确地模拟阻尼器的滞回曲线、恢复力变化以及累积能量耗散。     

磷尾矿改良膨胀土动变形与动强度特性试验研究

利用GDS真/动三轴仪,进行磷尾矿掺量0%,3%,7%,11%及围压100,150,200 kPa下的改良膨胀土一系列动三轴试验;探讨不同围压不同磷尾矿掺量对改良膨胀土动应变-动应力(ε_d-σ_d)关系、动弹性模量、动强度及其指标变化规律的影响。试验结果表明:改良土ε_d-σ_d曲线随着磷尾矿掺量增多先上移后下降,最优掺量为7%;动弹性模量E_d随动应变ε_d增大而减小,ε_d≤0.2%时,动弹性模量减小迅速,εd0.2%时,土体进入塑性发展阶段,E_d减小变缓;动强度曲线符合幂函数关系,动强度随围压增大而增大,随磷尾矿掺量增加先增大后减小,相对于纯膨胀土,最大提高约40 kPa,增加量约30%;改良土动黏聚力c_d随磷尾矿掺量先增大后减小,相对于纯膨胀土最大提高约9 kPa,增加量达36%,磷尾矿掺量对动内摩擦角φ_d影响较小。通过非线性拟合动强度参数与磷尾矿掺量关系,给出动强度计算公式。