饱和珊瑚砂最大动剪切模量的循环加载衰退特性及预测模型

对南沙饱和珊瑚砂进行应变控制的不排水循环加载动三轴试验,分析了珊瑚砂的初始最大动剪切模量G₀特性,以及加载过程中的最大动剪切模量G_0,N的衰退规律。珊瑚砂的G₀比普通陆源砂的高;相比于陆源砂,平均有效围压σ’₀对珊瑚砂G₀的影响更大。珊瑚砂G₀与陆源砂G₀的差异主要由珊瑚砂颗粒形状不规则,存在内孔隙的特性引起。根据滞回圈加卸载应力反转处的斜率计算第N次循环加载的G_0,N。加载过程中最大动剪切模量的衰退主要由孔压的增长和结构损伤引起。相比于陆源砂,珊瑚砂的G_0,N随超静残余孔压比r_u增长而衰退的速率更快。现有陆源砂G_0,N/G₀-r_u模型无法反映珊瑚砂的G_0,N衰退规律。基于弹性应变能理论,提出了可以描述土体损伤状态的损伤参数P_d,探究了不同加载模式下珊瑚砂G     

南沙珊瑚砂的动剪切模量和阻尼比特性试验研究

珊瑚砂的物理力学性质与陆相沉积物有显著的差异。对南沙岛礁饱和珊瑚砂进行了不排水应变控制分级循环加载动三轴试验,研究了有效围压 和相对密实度Dr对饱和珊瑚砂动剪切模量和阻尼比特性的影响。通过与陆源砂砾土试验结果的对比发现：珊瑚砂与陆源砂砾土在最大动剪切模量Gmax、动剪切模量比G/Gmax曲线及其上下界、参考剪应变 、阻尼比? 曲线及其上下界等均存在显著的差异;珊瑚砂的Gmax比陆源砂的大,采用陆源砂Gmax的经验模型,珊瑚砂的Gmax将被低估约30%;珊瑚砂的非线性稍弱于陆源砂砾土,陆源砂砾土G/Gmax和? 的经验公式不适用于珊瑚砂。给出了珊瑚砂G/Gmax和? 的经验公式及相关参数。     

南京新近沉积土动剪切模量比与阻尼比的试验研究

为了确定珊瑚砂的动剪切模量和阻尼比等分析岛礁场地稳定性的主要动力学参数,本文针对我国南海西沙群岛某岛礁珊瑚砂,利用共振柱-弯曲元系统,研究了围压、相对密实度及饱和度对该珊瑚砂动剪切模量和阻尼比的影响规律。研究发现：(1)在饱和状态下,该珊瑚砂样的最大动剪切模量(G₀)与围压及相对密实度整体呈现正相关关系,并且随着围压的增高G₀对相对密实度的敏感性逐渐降低;(2)在非饱和情况下,该珊瑚砂样的动剪切模量比的整体范围略高于饱和状态下的动剪切模量比,而其阻尼比略低于饱和状态下的阻尼比;(3)该珊瑚砂样出现最小阻尼比和最大G₀的饱和度约为10%;(4)在同样的围压下,珊瑚砂的特殊结构导致建立在硅质砂相对密实度和孔隙比的G₀经验预测公式在预测珊瑚砂G₀时分别出现了偏高和偏低的情况,本文根据珊瑚砂G₀随围压的变化规律,对珊瑚砂G₀经验预测公式进行了修正。研究成果可为南海西沙岛礁珊瑚砂场地稳定性分析中动力学参数取值提供参考。     

分散性土动剪切模量影响因素的试验研究

分散性土耐冲蚀性低、抗渗性能差,在纯水中具有很高的分散性,严重威胁水利工程的安全。在分散性土的鉴别和改性方面已有很多成果,但分散性土动力特性的研究见诸报端的还很少。利用日本诚研社生产的DTC-199型电液伺服加荷往复扭剪三轴仪,对取自宁夏某碾压均质土坝的分散性土的动剪切模量进行了探索。通过改变试样的含水率、干密度和围压等初始条件,研究分散性土在不同试验条件下的动力特性及剪切模量的变化规律,并进行对比分析。得出：分散性土的动剪应力-应变关系符合Hardin-Drnevich双曲线模型;控制初始条件,当其他条件相同时,含水率越低,动剪切模量越大;干密度越大,试样动剪切模量越大;围压越高,其动剪切模量越大;初始剪切模量及最大动剪应力的变化规律与之相似。动剪切模量随动剪切应变的增大普遍呈衰减趋势。     

现场波速试验地基土的动剪切模量

本文介绍了采用现场波速试验获得的剪切波速度值,来计算土的动剪切模量,认为该方法更符合实际,有一定的实用性。     

固结比对黏性土动剪切模量影响的研究

采用共振柱试验方法,对固结比对黏性土最大动剪切模量和对动剪切模量比与剪应变非线性关系的影响进行了研究,并通过土层地震反应计算,初步给出了这种影响对地表反应谱作用的估计。通过对粉质黏土和粉土的系统试验,提出了计算不同固结比粉质黏土和粉土最大动剪切模量的建议公式,并与Hardin公式进行了对比。结果显示,固结比kc >1.0时的最大动剪切模量较kc=1.0时的增长程度明显比Hardin公式要大。与砂土试验结果相比,固结比对黏性土最大动剪切模量影响程度更大。同时,分析了固结比对动剪切模量比与剪应变非线性关系及对地表反应谱的影响。结果表明,固结比对黏性土动剪切模量比与剪应变非线性关系有一定影响,随固结比增加,动剪切模量比非线性关系曲线有一定提高,动剪切模量比值增大,在强地震动作用下的土层反应分析中应考虑实际固结比的影响。     

双向动荷载下黄土的动剪切模量特性研究

利用SDT-20型动三轴仪探究了黄土在双向动荷载下的动剪切模量特性。试验结果表明:初始循环偏应力和径向动荷载幅值对黄土的动剪切模量-动剪应变曲线没有明显影响,其对黄土的动剪切模量-循环次数曲线却有明显影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值越大,相同循环次数下黄土的动剪切模量越小。动剪切应变相等时,黄土的动剪切模量随固结比的增大而增大。双向动荷载作用下黄土存在临界循环偏应力,其值为0 k Pa。当循环偏应力小于临界值时,动剪切模量随动剪应变的增大而增大;当循环偏应力大于临界值时,动剪切模量随动剪应变的增大而减小。利用拐点动剪切模量折减的方式,并同时结合修正Hardin-Drnevich模型,实现了对黄土在双向动荷载下动剪切模量-动剪应变关系的描述。经验证,模型的适用性较好。     

干湿过程中膨胀土最大剪切模量及其预测

为了研究膨胀土在天然环境下的动力特性,本文利用装有弯曲元的三轴仪对南阳膨胀土原状样和重塑样进行了最大剪切模量的测试试验。试验包括在不同围压下的饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量测试;将初始干密度相近的原状样和重塑样分别进行脱湿和吸湿,量测整个过程中最大剪切模量的变化,并结合孔隙比进行分析。试验结果表明：饱和南阳膨胀土的最大剪切模量随着围压增大而增大;脱湿过程中南阳膨胀土最大剪切模量与含水率关系曲线要高于吸湿过程的曲线,即最大剪切模量与含水率关系存在滞回特性,这主要是吸力作用的缘故;初始干密度相近条件下原状样的最大剪切模量比重塑样的要小,这是由于原状样内部存在较多大孔隙。本文最后对饱和土最大剪切模量公式进行改进,使之适用于非饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量的预测。     

CAS-1模拟月壤动剪切模量与阻尼比的试验研究

针对中国科学院地球化学研究所与国家天文台合作研制成功的CAS-1模拟月壤（国家标准试样）,利用GDS共振柱试验仪对模拟月壤开展动力学参数的试验研究,分析了不同孔隙比、不同围压对动剪切模量G及剪应变 的影响规律。试验结果表明,在应力水平很低、孔隙比较大的真实月面环境条件下,动剪切模量G较小,阻尼比 较大,且随着动剪应变 的增大,动剪切模量快速减小,阻尼比急剧增大。采用Hardin-Drnevich模型,得到了不同孔隙比、不同围压下归一化动剪模量G/Gmax与归一化阻尼比 / 随 变化的平均拟合曲线,探讨了最大动剪切模量Gmax、最大阻尼比 和参考剪应变 等动参数与应力水平 的相关关系式,并据此给出了月壤钻取采样深度（0～3 m）内Gmax、 和 的值域区间以及各剪应变对应的G/Gmax和 的推荐值。     

海洋沉积土动剪切模量与阻尼比的试验研究

动剪切模量和阻尼比是工程场地地震安全性评价及地基动力反应分析的重要动力学参数。为评价某海域海洋土的动力学特性,对10.3～84.2 m深度范围内的海底淤泥质粉质黏土、粉砂及细砂开展共振柱试验。利用双对数模型建立了最大动剪切模量随上覆压力的递增关系。研究发现,现有规范的剪切模量比与阻尼比的推荐取值并不适用于海洋沉积土,即使考虑借鉴以往研究成果也必须将其限制在一定的应变范围,并应考虑土体的天然应力状态取值。利用马丁-达维登科夫（Martin- Davidenkov）模型及阻尼比与剪应变的经验关系建立了剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化规律,并由此提出了适用于海洋沉积土的5×10-6～10-3应变范围内剪切模量比及阻尼比的推荐值。研究成果可为海洋工程场地的设计、施工及抗震分析提供技术参考依据。     

干湿路径影响粉土小应变剪切模量的试验研究

天然土尤其是地表浅层土常处于非饱和状态,其小应变剪切模量是预测地基变形及土工结构物动力反应的一个重要参数。通过对非饱和压实粉土三轴样进行弯曲元试验,研究了吸力和干湿路径对其小应变剪切模量的影响。试验结果表明,非饱和压实粉土样的小应变剪切模量各向异性忽略不计;小应变剪切模量G0(vh)、G0(hh)和G0(hv)均随吸力增大而非线性增大;同一吸力下不同干湿路径上的土样,饱和度不同,其小应变剪切模量随饱和度升高而减小,主要原因是土的平均骨架应力和土中毛细水的作用。根据试验结果对非饱和土小应变剪切模量的半经验公式进行了改进,同时考虑了吸力与饱和度的作用。     

Universal model forms for predicting the shear modulus and material damping of soils

Numerous model forms have been used to predict the dynamic behaviours of soils, mainly the shear modulus and material damping. These models are used to represent normalised shear modulus reduction and material damping curves. The majority of the existing models are empirical and were proposed for specific soil types, strain ranges, etc. Some are limited to the data used in fitting, but fail to provide a good fit to other sets of data. The available model functions are not universal, which means that a model developed for one soil type may not be applicable for use with other soil types. In this paper, two universal mathematical models were proposed to predict the normalised shear modulus reduction and material damping curves. The mathematical model forms are sufficiently flexible to be widely used with different soil types. The models were evaluated using verification data of eight different soil types, i.e., data that were not used to fit the model parameters. The results indicate that the proposed model forms can accurately model the dynamic soil properties within the typical earthquake range. The advantage of developing the two universal models are two-fold, first the forms are applicable for sand, clay, and fibre-soil composite and second with further testing of soils, the model coefficients could ultimately be used to further understand the physical processes in soil behaviour, especially damping.     

橡胶颗粒-砂混合物动剪切模量的试验研究

橡胶与土的混合物已经广泛用于边坡、挡土墙以及路基回填中,将其当作一种隔震材料用于基础隔震中去,从基础隔震的角度来研究橡胶颗粒-砂混合物的动力性能。利用循环单剪仪测出不同固结压力下不同配比的橡胶颗粒-砂混合物的动剪模量,绘出动剪模量随动剪应变的变化曲线,并对其进行比较,研究表明:橡胶颗粒的存在可以有效地降低橡胶颗粒-砂混合物的动剪模量,橡胶颗粒-砂混合物的动剪模量随固结压力增大而增大。     

Xu-White模型预测横波速度的不确定因素分析

自Xu和White (1995)建立了泥质砂岩的有效介质模型(Xu-White模型)后,很多地球物理学者用此模型或改进的模型进行岩石横波速度的预测,但至今很少有人对Xu-White模型预测过程中的不确定因素进行详细总结。介绍了Xu-White模型及其预测流程;对预测过程中的不确定因素进行了分析,指出在使用中可以根据实际地质情况合理的取舍参数,从而能更有效地进行纵横波速度预测。     

基于SCPTU的软土最大剪切模量测试分析研究

最大剪切模量是土的基本力学特性参数,对土动力特性分析和岩土工程抗震设计有着重要的意义。目前最大剪切模量的确定主要依赖于室内试验,土样的采取和室内试验既耗时又不能保证精度。以江苏北部里下河古泻湖相软土地区高速公路建设为工程背景,采用地震波孔压静力触探（SCPTU）和下孔法（DHT）进行了土层剪切波速的测试,基于SCPTU和DHT剪切波速测试资料建立了最大剪切模量Gmax与SCPTU测试参数之间的相关关系。结果表明：采用SCPTU测试的锥尖阻力和孔压参数能够用于对软土的最大剪切模量的初步评价。     

基于二元介质模型的砂类土剪切波速试验研究

为探究细粒质量分数Fc、相对密度Dr、初始有效围压σ′3c对饱和砂类土剪切波速Vs的影响,基于二元介质模型,对具有不同Fc、Dr和σ′3c的饱和砂类土进行了一系列均等固结弯曲元试验。结果显示：其他试验条件相同时,Vs随Fc的增大而减小;当Dr相同时,Vs与σ′3c的相关性不随Fc的增大而改变;而当Fc相同时,砂类土的Vs随固结后孔隙比ec的增大而减小的趋势与σ′3c的大小无关。研究表明,Vs与单一指标Fc、Dr、σ′3c或ec没有单一的相关性,总体上砂类土的Vs随等效骨架孔隙比e*sk的增大而减小,且两者呈较好的线函数关系,与Fc、Dr、σ′3c或ec值的大小无关,表明能综合反映砂类土颗粒组成、密实状态和粗细粒接触状态的e*sk是表征饱和砂类土Vs的一个有效物理特性指标。