青藏铁路沿线负温填土长期动力力学特性试验研究

本文通过室内试验和理论分析相结合的研究方法对高原高寒铁路填土的动力力学特性动剪切模量和阻尼比进行了分析。首先,开展了室内固结不排水长期循环三轴试验,分析了不同负温、循环应力比对路基粉质粘土和地基砂土的动剪切模量和阻尼比等动力特性的影响。结果分析发现,对于路基粉质粘土,动剪切模量与温度呈现明显负相关性,且随着循环应力比增大而展现出较明显的增长趋势,阻尼比随着动剪切模量的增长而减小;对于地基砂土,动剪切模量和阻尼比受温度的影响与粉质粘土的响应规律呈现相同趋势,但同在—10℃温度与循环应力比为0.2的条件下动剪切模量的值高出约110MPa,是1.22倍,而阻尼比是0.66倍。值得注意的是砂土的动剪切模量在循环应力比约为1时响应达到峰值,意味着动应力幅值达到围压时,随着循环应力比的增大,动剪切模量呈现减小的趋势而阻尼比则呈现出增大的趋势。随后,在Wichtmann提出的高周循环模型的基础上,建立了对动剪切模量的预测模型,能良好反映动剪切模量在温度和循环应力比影响下随振动次数的响应规律,通过拟合参数w₀反映动剪切模量随循环应力比先增后减的规律,拟合数学关系显示长期振动次数约在13000次以上。最后,基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量和阻尼比的试验结果进行拟合,得到了动剪切模量与阻尼比的函数关系式从而能大致预测阻尼比随动剪切模量变化的趋势及范围,随着归一化剪切模量的增大阻尼比呈现出减小的趋势。     

橡胶颗粒–砂混合物新型路基填料动力参数特性的试验研究

为研究橡胶颗粒与砂土混合物这种新型路基填料在循环列车荷载作用下的动力参数特性,进行室内固结不排水动三轴试验,分析了橡胶颗粒含量、围压以及加载频率等因素对橡胶颗粒–砂混合物动剪切模量、阻尼比等特性的影响,研究结果表明:应变一定时,混合物的动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小,随着围压的增大而增大,随着加载频率的增加而轻微减小;基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量试验结果进行拟合,得出最大动剪切模量,发现最大动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小;混合物的阻尼比随着橡胶颗粒含量的增大而增大,随着围压的增大而减小,加载频率对阻尼比的影响较小;基于试验结果,建立了橡胶颗粒–砂混合物阻尼比与动剪应变的关系式。最后,基于柔性橡胶颗粒与刚性砂土颗粒的微观接触特性,分析了橡胶颗粒对混合物动剪切模量以及阻尼比的影响机理。综合研究结果得出:橡胶颗粒含量不宜超过20%,此时橡胶颗粒–砂混合物作为新型路基填料的动剪切模量可以满足要求,阻尼比较大,具有良好的减震耗能效果。     

橡胶颗粒-砂混合物新型路基填料动力参数特性的试验研究

橡胶材料具有密度低、线弹性变形能力强、耐久性好、耗能大等优点,其衍生物与土体制成的混合物被广泛应用于岩土工程和交通工程领域。为研究橡胶颗粒与砂土混合物这种新型路基填料在循环列车荷载作用下的动力参数特性,进行室内固结不排水动三轴试验,分析了橡胶颗粒含量、围压以及加载频率等因素对橡胶颗粒-砂混合物动剪切模量、阻尼比等特性的影响,研究结果表明：应变一定时,混合物的动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小,随着围压的增大而增大,随着加载频率的增加而轻微减小;基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量试验结果进行拟合,得出最大动剪切模量,发现最大动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小。应变一定时,混合物的阻尼比随着橡胶颗粒含量的增大而增大,随着围压的增大而减小,加载频率对阻尼比的影响较小;基于试验结果,建立了橡胶颗粒-砂混合物阻尼比与剪切应变的关系式。最后,基于柔性橡胶颗粒与刚性砂土颗粒的微观接触特性,分析了橡胶颗粒对混合物动剪切模量以及阻尼比的影响机理。综合研究结果得出：橡胶颗粒含量不宜超过20%,此时橡胶颗粒-砂混合物作为新型路基填料的动剪切模量可以满足要求,阻尼比较大,具有良好的减震耗能效果。     

膨胀土动力学特性变化规律试验研究

利用GDS共振柱试验系统对非饱和膨胀土进行动力特性试验,研究自由膨胀率不同时非饱和膨胀土动剪切模量和阻尼比的变化规律,以及动剪切模量和阻尼比随动剪切应变增加的变化趋势。结果表明:自由膨胀率增大时,非饱和膨胀土动剪切模量随之增大,最大动剪切模量增大,阻尼比也随之增大;随着动剪切应变的增加,非饱和膨胀土动剪切模量减小,但阻尼比随之增加;当剪切应变较大时,动剪切模量随动剪切应变增加而下降的幅度变大,阻尼比的增幅亦变大。     

交通荷载下加筋砾砂动力特性研究

为研究加筋对砾砂动力特性的影响,在多级长期循环荷载下无筋与加筋饱和砾性土动三轴试验的基础上,分析了加筋对饱和砾砂轴向塑性累积应变、回弹模量、体应变等动力特性的影响规律.试验结果表明:各级循环荷载下砾砂试样的塑性累积应变均呈现出加载前期(振次N≤100)骤然增长,然后逐渐平稳的发展模式.加筋能降低试样的塑性累积应变,提高砾砂的回弹模量.在循环动载作用下砾砂试样会出现体缩现象,且加筋试样的体缩现象更加明显.     

水泥加固高岭土的静动力特性初探

采用马来西亚高岭土为试验材料,水泥作为固结剂对高岭土进行加固处理,利用GDS三轴仪对试样进行常规三轴试验和动三轴试验,基于试验数据开展了多元回归分析,获得了水泥加固高岭土试样的动剪切模量与阻尼比的半经验预测公式,可为快速评估水泥土的动力特性提供一定的参考。结果表明,常规三轴试验中,随着养护时间的增长和水泥掺量的增加,试样的强度与剪切模量均逐渐增大;动三轴试验中,随着荷载循环次数的增加,试样的动剪切模量和阻尼比均呈衰减趋势,且该衰减效应主要发生在前5个荷载循环周期内;随着水泥掺量或养护时间的增加,试样的动剪切模量呈现出明显的增长趋势,而试样的阻尼比随水泥掺量的增加而逐步减小,养护时间的增长对阻尼比的减弱效应较为微弱。     

土工格栅加筋膨胀土的固结排水剪特性

以南水北调中线新乡渠段的膨胀性泥灰岩风化土为填料,聚酯(PET)双向土工格栅为筋材,对不同围压下未加筋及不同层数加筋的压实膨胀土进行了三轴固结排水剪试验.试验结果表明,其应力应变曲线均呈应变硬化型,加筋土的硬化程度提高,总体上符合Duncan-Chang非线弹性模型的双曲线关系;加筋土的初始屈服应力及峰值强度提高,且随加筋层数增多,其提高幅度增大;围压较大时,初始屈服的应力与应变较大,峰值强度较大;但随围压增大,加筋土峰值强度提高的幅度减小;加筋土的粘聚力有较大提高,但提高幅度与加筋层数的关系不显著;加筋土的内摩擦角也有不同程度提高,其提高幅度随加筋层数增多而增大.     

单向循环荷载作用下饱和重塑红黏土的动力特性

为探究长期循环动荷载作用下红黏土的塑性累积应变效应,对南昌地区饱和重塑红黏土进行单向加载循环三轴试验,研究了动应力比、初始孔隙率、固结围压、加载频率、排水条件对红黏土塑性累积应变和动孔压的影响。结果表明：随着动应力比的增大,红黏土变形曲线由渐稳型向破坏型过渡;当动应力比小于临界动应力比时,随着循环振次的增加,红黏土的塑性累积应变和动孔压发展曲线均表现为起始快速增长,后出现拐点,最终趋于稳定;相同的动应力比下,试样的累积应变和动孔压随初始孔隙率、固结围压的增大而增大,随加载频率的增大而减小,不排水条件下的累积应变要大于排水条件下的累积应变;塑性累积应变越大,应变发展曲线拐点出现越滞后;随着动应力比的增大,土体的软化程度也越大,但在较高的循环振次下,软化程度减弱。     

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ε_d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。     

风积沙在循环荷载作用下的变形特性试验研究

通过动三轴试验研究了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,分析了围压、循环荷载大小、偏压固结比、初始静偏应力和循环荷载作用频率对累积塑性应变的影响,得出了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,根据循环荷载的大小应变类型可以分为4种:稳定型、缓慢增加型、匀速增加型和突然增大型。当围压为20kPa时,其临界动应力水平D的取值范围为:0.27D0.33。风积沙的累积塑性应变随着循环荷载大小、初始静偏应力的增加而增大,随着围压、偏压固结比和荷载作用频率的增加而减小。提出了一种针对动应力水平较低时风积沙累积塑性应变模型,并验证了模型的正确性。     

土工格栅加筋碎石土动回弹模量及预估模型试验研究

加筋土路基动回弹模量是加筋土技术在道路工程中的重要设计指标.利用动三轴仪对土工格栅加筋碎石土进行动回弹模量试验,对比分析了含水率、加筋方式、剪切及侧限影响表征量对动回弹模量的影响规律,并回归分析了动回弹模量预估模型参数.研究结果表明:加筋土的动回弹模量随着含水率的提高而降低;土工格栅应布设在土体中的水平剪切变形层位,增...     

电厂粉煤灰筑坝的动力特性试验研究

利用振动三轴仪对饱和粉煤灰的动模量、阻尼比和动强度进行了试验，研究了动应变、固结压力、试样密度、初始剪应力等影响因素。试验结果表明，动模量随动应变增减成倍成量级增减，并随固结压力、试样密度、初始剪应力增减而增减，阻尼比随应变增大而增大。抗液化强度固结压力、试样密度、初始剪应力的增加而增加，但初始剪应力的增加量是有一定限度的。试验结果可用于工程计算、类似土体及工程借鉴。     

筑坝料动力分析中的Bouc-Wen模型及其参数研究

Bouc-Wen光滑滞回模型因其能够描述动力荷载下的复杂非线性,广泛应用于材料的动力分析。为研究筑坝料在循环加载条件下动剪切模量和阻尼比以及累积变形等复杂动力特性,将Bouc-Wen模型应用于土体,绘制应力应变滞回圈并分析其模型参数;采用参数敏感性分析方法研究Bouc-Wen模型,并对动力试验数据进行数值模拟;讨论模型参数变化对土体应力应变滞回圈及动剪模量和阻尼比的影响。根据国内外筑坝料动力试验数据统计得到筑坝料模量衰减及阻尼比增长的均值曲线,应用MATLAB软件编制遗传算法程序确定模型参数;利用GDS动三轴仪探究糯扎渡土石坝的心墙掺砾土在循环荷载下的累积变形特性,并应用Bouc-Wen模型对循环三轴试验测得的应力应变滞回圈进行数值模拟。基于参数分析和数值拟合结果,本文提出适用于筑坝料的Bouc-Wen模型参数范围;筑坝料动剪模量衰减曲线和阻尼比增长曲线拟合结果均方误差小于0.4%;糯扎渡掺砾土循环三轴试验8个振动周期累积应变试验值与模型预测值分别为1.2%和1.18%。基于本文研究得到的模型参数范围,Bouc-Wen模型可以有效地模拟筑坝料动模量阻尼和累积变形特性,为筑坝料动力分析提供帮助。     

考虑竖向地震动下模量比和阻尼比简化公式

为了满足抗震规范和工程应用上的需要,提出便于工程应用的简化计算方法来考虑竖向地震动对动剪切模量和阻尼比的影响非常必要.根据考虑竖向地震动对土体最大剪应变相对增量影响的回归方程,建立考虑竖向地震动与土体动剪切模量比和阻尼比变化之间的简化计算公式.分析结果可以看出,加竖向地震动后使动剪切模量比减少,阻尼比增大,而无论增大还是减小都是非线性的,随剪应变幅值的增大,加竖向后模量比减小百分比逐渐变大,阻尼比增大百分比逐渐变小,随输入加速度峰值增大,影响也越大.竖向地震动对动剪切模量比在小应变时影响不大,大应变时影响较大,减小百分比最大可达17%,竖向地震动对阻尼比在大应变时影响不大,小应变时影响较大,增大百分比最大可达16%.     

土工格室加筋对橡胶砂动剪模量影响的试验研究

对4种质量配合比(0%,20%,30%,100%)和4种竖向固结压力下的加筋与无筋橡胶砂,进行循环单剪试验,分析土工格室加筋对橡胶砂动剪模量的影响规律。研究结果表明:加筋与无筋橡胶砂的动剪模量均随着动剪应变幅值的增大而减小,随着橡胶含量的增大而降低,随着竖向固结压力的增加而升高,动剪模量曲线均随着固结压力的增大而趋于平缓、非线性特性减弱;土工格室加筋使得橡胶砂的动剪模量有所提高,但是随着剪应变幅值和固结压力的增大,加筋的影响降低;土工格室加筋使得橡胶砂的模量比衰减延迟,但其影响亦随固结压力的增大而减弱。     

钢骨钢纤维高强砼井壁水平承载特征的计算和试验

运用数值计算和模型试验方法对钢骨钢纤维高强混凝土复合井壁结构的水平承载特征进行了研究.数值计算中,井壁厚度与外半径之比、竖向应力与单轴抗压强度之比、配筋率及相邻两层钢骨之间净距与井壁厚度之比对其水平极限承载能力影响较显著;通过计算结果的回归分析,得到了其水平极限承载能力的计算公式.模型试验及分析表明:在竖向荷载加载阶段,钢骨和混凝土能协同变形;水平荷载加载阶段,钢骨应变达到屈服应变后,钢骨表现出一定的塑性流动或强化变形特征;井壁结构破坏时,钢骨和混凝土的切向应变值多为-2.3×10-3～-3.0×10-3;该种井壁结构的水平极限承载能力可运用数值计算方法进行估计.     

合肥膨胀土动弹性模量与阻尼比试验研究

以合肥膨胀土为研究对象,利用GDS真动三轴仪对土体进行循环动荷载试验,研究不同围压、固结应力比对土体动弹性模量及阻尼比的影响规律.试验结果表明,合肥膨胀土的骨干曲线可以由双曲线描述;在相同条件下,动弹性模量随着围压、固结应力比的增大而增大,随着动应变的增大先急剧减小后趋于平缓;动弹性模量的倒数与动应变呈良好的线性关系,最大动弹性模量随着围压的增大呈线性增大,给出考虑围压影响的最大动弹性模量回归方程;阻尼比随着围压、固结应力比的增大而减小,采用 Darendeli 模型及依据阻尼比与应变的经验关系,得到动模量比衰减模型及阻尼比模型;不同围压、固结应力比下阻尼比与动模量比的关系归一化后可以由修正Hardin-Drnevich公式描述.     

Dynamic properties of polyurethane foam adhesive-reinforced gravels

Polyurethane foam adhesive(PFA) has been introduced as an alternative stabilizer in geotechnical applications because PFA can improve the engineering characteristics of soil by filling the pore space and generating adhesive bonding among the particles.However, the dynamic properties of PFA-reinforced soils are not well understood. To analyze the dynamic characteristics of PFA-reinforced gravels, a series of cyclic triaxial tests were carried out to investigate the shear modulus and damping ratio of PFA-reinforced gravels, and to determine the corresponding effects of the PFA content, confining pressure, consolidation stress ratio and loading frequency. The results showed that the shear modulus increased, and the damping ratio decreased as the PFA content, confining pressure and consolidation stress ratio increased. In contrast, the effect of the loading frequency, which ranged from 0.05 to 1 Hz, was negligible. A modified hyperbolic empirical model can consider the effect of the PFA content on the maximum shear modulus and predict the relationship between the normalized shear modulus and the normalized shear strain was proposed. Moreover, the upper and lower bounds of the damping ratio were also proposed.     

循环荷载作用下非饱和盐化粉土动力特性

西北地区机场若采用盐化粉土进行道基填筑,在飞机滑行荷载重复作用下,道基累积变形将成为影响机场服役性能的关键。为此,选取北方某地区粉土开展动三轴试验,研究循环荷载下不同含盐量(质量分数)对粉土动力特性的影响,并提出以累积塑性应变4%作为道基破坏标准的盐化粉土动强度预测模型。结果表明：随动应力幅值的增加,盐化粉土塑性变形逐渐由塑性安定状态向增量破坏转变;含盐量对粉土累积轴向应变、动模量、临界动应力有明显影响;相同动应力幅值下,当含盐量由0增加至5%时,试样累积轴向应变以1%含盐量为界限呈先减小后增加的趋势;低动应力幅值下,试样动模量随含盐量增加而逐渐衰减;从微观上对盐化粉土在1%低含盐量时强度短暂增强、高含盐量时强度逐渐衰减的现象进行分析,盐化粉土试样强度与土体孔隙中离子浓度以及土体颗粒排列方式有关;根据盐化粉土动强度预测模型,可得1%含盐量的土体塑性安定临界值约为5%含盐量土体的2.2倍。研究结果可为盐化粉土地区机场道基承荷能力设计提供参考。