单向循环荷载下超固结软黏土的永久变形特性

为研究超固结饱和软黏土在单向循环荷载作用下的永久变形特性,采用GDS动三轴,对不同超固结度的温州饱和软黏土试样进行了一系列单向循环加载试验,分析了循环动应力水平以及超固结比对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在单向循环加载作用下,超固结饱和黏土存在循环动应力阈值,通过几何作图法综合确定温州饱和软黏土的循环动应力阈值为0.59~0.68,可作为软土路基沉降控制的标准。基于试验结果并结合指数模型,构建了可以综合考虑循环动应力水平、超固结比以及循环次数的饱和软黏土永久轴向应变显式计算模型,适合饱和软黏土地基在交通循环荷载下的累积变形分析。     

平面变形超固结软黏土蠕变模型研究

 通过对原状软土进行平面蠕变实验,研究平面变形条件下超固结软黏土的蠕变特征。研究结果表明,研制的量测装置能独立量测平面应变超固结软土的侧向变形,可规避实验过程体积变形测量精度对侧向变形数据的影响;软土的侧向变形与超固结剪应力比OCRq具有良好的对应关系,OCRq能同时反映剪应力和应力历史对软土侧向变形的影响。平面应变状态下体积蠕变系数和轴向蠕变系数均与OCRq有一一对应关系,依据不同主应力比下的超固结软土平面变形蠕变实验,建立以主应力比和超固结剪应力比为变量的四参数经验模型。所建经验模型包含软土的正常固结状态,可合理反映了主应力比和应力历史对平面变形软土蠕变过程的影响。     

平面变形超固结软黏土蠕变特征

通过对原状软土进行平面变形蠕变试验,研究超固结软土平面变形条件下的蠕变特征。研究表明,正常固结软土平面变形蠕变的体变过程,和一维变形条件下正常固结软土的次固结过程具有相同的规律,在主应力比与K₀状态相同时,相对于一维变形平面变形情况具有较小的轴向变形;平面变形条件下,采用土体受到的不同时期的体积球应力定义超固结比,能够全面地反映超固结软土的超固结特征;平面变形条件下,超固结软土蠕变的体积变形较正常固结状态明显减小,超固结比越大减小程度越明显,由超固结比确定体积蠕变系数具有合理性;平面变形在主应力比为K₀的状态下,超固结软土蠕变的轴向蠕变系数与超固结比负相关,由超固结比直接确定轴向蠕变系数是可行的;平面变形条件下土体的超固结应力历史,使超固结软土相对于正常固结状态具有较大的泊松比,在限制水平变形方向具有较大的主应力。     

循环荷载作用下软黏土不排水累积变形特性

在原状样与重塑样循环三轴试验的基础上,研究了软黏土在无静偏应力和有静偏应力循环荷载作用下的不排水瞬态累积变形特性,提出了考虑循环应力、循环振次、超固结比及静偏应力影响因素的土体应变本构模型。结果表明:软黏土变形规律受固结应力水平和土结构破坏影响甚大,当固结压力大于土体结构屈服应力时,其变形规律将趋近于重塑样;在循环荷载作用下,土样变形存在转折点,标志着土结构的破坏,本构模型宜按试样破坏前、后分段描述。     

超固结软黏土一维蠕变次固结系数与侧压力系数

通过K₀固结原状试样一维蠕变试验,模拟软土地基超载预压卸荷再加荷过程,研究超固结软黏土蠕变过程的次固结系数C_α和侧压力系数K_0r与应力历史的关系。研究结果表明,超固结软黏土的主固结过程相对于正常固结状态有明显缩短,次固结系数C_α与荷载相关,随着 增大而减小,超载预压时间延长导致 增大次固结系数减小。超固结软黏土蠕变过程的侧压力系数K_0r随时间近似恒定,受应力状态和应力历史影响,随再加荷压力增大而减小,随前期固结压力的增大而增大,与 近似成线性关系。依据试验和假定建立的K_0r理论模型,反应了相关条件的影响,无需专用参数,与试验结果具有较高的一致性。一维变形条件下,超固结软黏土的次固结系数C_α与广义剪应力和球应力的比值 具有本质上的联系,符合双曲线规律。     

主应力比对超固结软黏土平面蠕变的影响研究

通过对原状软土进行平面变形蠕变实验,研究平面变形条件下主应力比对超固结软土蠕变特征的影响。研究表明,平面变形条件下,以广义剪应力定义超固结剪应力比OCR_q,包含了前期固结应力数量和主应力比特征,能全面地反映软土的超固结特性,相对于超固结球应力比OCR__p能更直接反映超固结软土平面蠕变变形的特征;平面变形超固结软土的蠕变系数与超固结剪应力比OCR_q具有一一对应的关系,OCR_q越大对应的蠕变系数越小。OCR_q相同时前期固结过程主应力比小的土体具有较大的蠕变系数。在不同主应力比下构成的超固结应力历史,使得平面变形超固结软土相对于正常固结状态具有较小的广义剪应力,一定条件下主应力比越小广义剪应力越大,对应的超固结状态下土体具有较大的长期蠕变变形。     

间歇性变围压循环荷载作用下饱和软黏土变形特性

交通荷载由循环加载和间歇停振两部分组成,间歇停振对土体动力特性的影响不容忽视。交通荷载引起的应力场包含循环变化的轴向偏应力和围压。因此,通过对软黏土开展一系列间歇性变围压循环加载试验,对饱和软黏土在间歇性加载和循环围压作用下的变形特性进行了研究,分析了循环围压和间歇停振阶段排水条件对软黏土累积轴向应变的影响。研究结果表明,不同试验条件下软黏土累积轴向应变增量随加载阶段的变化趋势保持一致,即累积轴向应变增量随加载阶段的增加逐渐减小。累积轴向应变增量随循环围压的增大而减小。间歇停振阶段不同排水条件下,试样累积轴向变形变化规律也有所区别：部分排水条件下,循环加载阶段产生的超孔隙水压力在间歇停振阶段消散,试样累积轴向应变在间歇停振阶段有一定程度的增长;不排水条件下,循环加载阶段产生的一部分变形在间歇停振阶段得以慢慢恢复,试样累积轴向应变有所减小。上述研究成果可加深对间歇性循环荷载作用下软黏土变形规律的认识。     

长期反复荷载作用下软黏土地基的变形特性

软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题,通过太沙基一维固结理论,求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解;利用ABAQUS有限元软件,提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律,发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比;孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动;有效应力随着加载次数逐渐增加;孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关,并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对,发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。     

冲击荷载下软土的动力响应及结合水变化试验研究

通过SPAX-2000动静真三轴测试系统,研究了饱和软黏土在冲击荷载作用下的应力、应变、孔隙水压力等指标的变化特征。同时,通过差热分析法和理论计算,对比了试验前后软土中结合水含量大小。研究表明,土中结合水含量及其变化对土的物理性质和力学行为有重要影响。试验前后饱和软黏土中结合水含量变化较大,水性转化现象明显,土体固结作用显著,并且冲击荷载作用下土中水性转化、弱结合水排出与动力排水固结程度有因果联系。在一定试验条件组合下,存在饱和冲击能,此时能激发土中结合水转化为自由水量最多;伴随孔隙压力的消散和土体的固结,土的抗剪强度提高、压缩性减小,土体成为超固结土。该研究能揭示软基加固的微观机理,可为静动力排水固结法设计提供理论依据。     

反复荷载作用下软土次固结特性试验研究

在高压固结仪上,对3种原状软土13个试样进行了反复加卸荷载的一维固结试验,研究了反复荷载作用下软土的次固结特性。结果表明:初始加荷时,次固结系数C■随固结压力p先增大后减小,但次固结系数峰值对应的荷载并非前期固结压力;在超固结状态下,第1次再加荷时,C■随p增大而减小,但35次荷载循环后再加荷时即使在超固结范围内C■随p增大而增大;次固结系数随荷载循环次数增加显著减小;荷载比对次固结系数的影响明显。试验及分析结果对工程实际具有一定的指导意义。     

冲击荷载作用下饱和软粘土的一些性状

在己有对饱和软粘土再固结性状研究的基础上，重点讨论饱和软粘土在偏压应力状态下的再固结性状、土性及塑性指数对再固结变形的影响、冲击荷载作用下超固结土的孔压和变形性状、残余孔压与剪应变之间的相互关系及其变化机理、扰动固结问题以及偏压应力状态下地基土沉降和强度计算等问题。     

交通荷载引起的静偏应力对饱和软黏土不排水循环性状影响的试验研究

为研究交通荷载引起的静偏应力对饱和软黏土的不排水循环性状的影响,设计了室内不排水动三轴试验,将动应力简化为静偏应力与正弦荷载的叠加,研究了静偏应力对饱和软黏土变形、孔压发展规律以及动强度的影响。研究表明,静偏应力对土体动力特性影响很大,加快了塑性变形、残余孔压发展,降低了动强度曲线,减小了最小极限循环强度。且静偏应力的影响随着静偏应力的增大而显著。研究结果说明,交通荷载引起的动应力作用下,饱和软黏土更容易破坏。     

超大次循环荷载下超固结黏土的长期不排水力学特性研究

风、波浪等荷载具有超大循环次数的特征,极大影响黏土的长期不排水动力特性,是黏土地基基础设计的关键问题之一。针对现有动力试验荷载循环次数不足的现状,以超固结度为4的重塑土试样为研究对象,开展了一系列不排水三轴动力试验,研究了在超大次(比如超过10~6次)循环加载情况下黏土的相关特性。试验结果表明,在对称循环加载作用下,饱和黏土存在循环应力比门槛值为0.44~0.48。在循环加载初期,试样的轴应变及孔压的变化与前人对黏土动力试验研究结果一致。然而,随着循环加载次数的增加,动轴向应变减小,累积轴向应变增加;尤其是加载过程中由正孔压降低到负孔压。针对这一新的发现,增加了一个超固结土的蠕变试验结果进行了分析解释,为研究超大次循环荷载下超固结黏土的长期不排水力学特性的机理提供了新的思路。     

Cyclic stress-controlled tests on offshore clay

One of the main concerns in cyclic behavior of soft clay is gradual degradation with the progression of loading cycle. A series of cyclic constant-volume direct simple shear (CDSS) loading tests was performed on Malaysia offshore clay to study its undrained degradation. The testing program consists of stress-controlled tests with cyclic shear ratio ranging from 0.34 to 0.83 at different overconsolidation ratios (OCRs). For a given cyclic stress ratio in stress-controlled tests, the accumulated cyclic strain and pore water pressure increase with elevated number of cycles. In heavily overconsolidated clay specimens, the negative cyclic pore water pressure is generated followed by positive cyclic pore water pressure as cyclic tests progress. The post-cyclic strength of offshore clay specimens is reduced by undrained cyclic stress-controlled loading.     

长期往复荷载作用下近海饱和软黏土强度和刚度的弱化特性

长期往复荷载作用下,饱和软黏土强度和刚度的衰减是近海桩基础设计必须考虑的,利用带弯曲元的循环三轴仪对原状饱和软黏土进行了一系列等向固结和非等向固结条件下不排水单调和循环加载三轴试验,并在循环加载过程中通过弯曲元测试土体剪切波速。试验结果表明,在相同的固结条件下,随循环次数的增加和动应力比的提高土体的强度和刚度衰减显著;在相同动应力比作用下较小的有效固结应力和偏压固结减缓了土体刚度的弱化。已有的相对偏应力水平参数不能反映不同固结条件下近海饱和软黏土强度和刚度循环弱化特性,为此引入了动偏应力水平参数,考虑了有效固结应力、固结静偏应力、动偏应力的相互影响,利用动偏应力水平对饱和软黏土的强度和刚度循环弱化特性进行描述。     

循环荷载作用下偏压固结饱和粘土孔压模型

动荷载作用下等压固结饱和粘土的孔压模型已有很多,而偏压固结的动孔压模型却鲜见于文献.根据摩尔-库仑极限平衡原理,推导了非等向固结状态下振动孔隙水压力极限值公式,建立了循环荷载作用下偏压固结饱和粘土的孔压数学模型.通过试验验证,所提出的孔压模型是合理的.     

循环荷载作用下饱和软粘土应变软化研究

通过对杭州市正常固结饱和软粘土进行应力控制的循环三轴试验,从应变的角度出发研究了循环荷载作用下土体的软化情况.通过研究不同循环应力比、不同超固结比、不同频率下轴向周期应变的软化情况分析了土体的软化,同时建立了一个合理反映土体应变软化的数学模型并确定了参数.     

初始剪应力与加荷速率耦合作用下饱和软黏土 强度特性试验研究

 对杭州饱和软黏土的不排水三轴压缩试验的静力特性进行研究。重点分析加荷速率与初始剪应力的耦合作用对杭州软黏土静力特性的影响。研究结果表明：随着初始剪应力的增加,土样的总强度增加,但抗剪强度减少;初始剪应力为60 kPa时,衰减幅度可达60%;土样的孔隙水压力表现为降低的趋势,初始剪应力为60 kPa时,衰减幅度可达50%。随着加荷速率的增加,土样的强度有所提高;孔隙水压力随之降低。当不存在初始剪应力时,应力–应变关系表现为硬化型曲线;当存在初始剪应力时,随着初始剪应力的增加,应力–应变关系曲线向软化型曲线发展。通过引入量纲一的峰值剪应力参数s与峰值孔隙水压力参数 对加荷速率与初始剪应力耦合作用下土体的峰值强度与孔隙水压力变化规律进行描述。该参数综合反映了初始剪应力与有效围压的影响。归一化后的结果表明：随着量纲一的应变率增加,s增加, 减少。在半对数坐标下,s, 分别与量纲一的应变率呈直线关系,并且随着初始剪应力的增加,s与 变化并不显著。     

基于修正Iwan模型的软黏土动应力–应变关系研究

在循环荷载作用下,饱和软黏土由于孔压上升和结构重塑会发生应变软化;同时会产生累积塑性应变。而且,当存在初始偏应力时,累积塑性应变的发展速率加快,并随着循环次数的增加,滞回圈明显向右滑移。正基于此,本文通过对杭州正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,首先建立考虑不同动应力、初始偏应力下正常固结软黏土的软化指数经验模型;然后将软化模型引入Iwan串联模型中考虑循环软化的影响;同时再串联一理想刚塑性元件,模拟循环过程中产生的累积塑性应变;最后结合Masing准则对软黏土的动应力–应变关系进行了描述。通过对试验值进行模拟以及与其他模型的对比分析,初步证明了模型的合理性和有效性。