循环荷载作用下软土动力特性试验研究

为研究循环荷载作用引起的软土动力特性变化及由此导致的地基承载力不足等问题,以营口软土为研究对象,通过动三轴试验,研究了动应力幅值、固结围压、固结比、振动频率和振动次数对软土动力特性的影响.试验结果表明:营口软土具有明显的结构性,其动应变-振动次数(εd-lg N)曲线和动骨干曲线存在明显的应变转折点,超过此应变转折点后,土体变形迅速增加;动强度随固结围压的增加而增大,固结比和振动频率对软土动强度的影响却并非简单的一致增大或减小;动弹性模量随固结围压、固结比和振动频率的增加而增大,而动阻尼比则随着固结围压和固结比的增加而减小,随振动频率的增加而增大.     

带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁开孔腹板的抗剪性能

带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁腹板成排开孔后,主要削弱了其抗剪稳定性和抗剪强度。为探明这一新型桥梁结构的力学特点,采用有限元方法对钢-混凝土组合蜂窝梁开孔腹板的抗剪性能进行了深入研究。对不同边界条件下的开孔腹板进行弹性剪切屈曲分析,考虑孔洞的影响引入径高比和宽高比参数,对实腹板剪切屈曲系数加以修正,并引入约束系数表征约束程度,推导得到了开孔腹板剪切屈曲系数的计算公式。建立开孔腹板抗剪极限承载能力有限元计算模型,考虑材料、几何双重非线性,对不同参数开孔腹板的抗剪承载能力进行了大量的有限元分析,在数据分析基础上量化弹性屈曲荷载和屈曲后荷载对开孔腹板抗剪承载能力的贡献。引入腹板的开孔率参数,提出了开孔腹板抗剪极限承载力的计算公式,同时分析了不同初始几何缺陷对开孔腹板抗剪性能的影响。结果表明:不同边界条件下的开孔腹板剪切屈曲系数公式与有限元值吻合良好;开孔腹板仍可发展一部分屈曲后强度,屈曲后强度可偏保守地表示为开孔腹板塑性强度的30%,开孔腹板抗剪极限承载力计算公式与有限元计算结果吻合较好,且总体偏于安全;不同的初始几何缺陷对开孔腹板荷载-位移曲线形式有较大影响,但对其抗剪承载能力影响很小。     

循环荷载作用下风积沙的ε_p-N曲线特性和动强度试验研究

针对新疆三岔口-莎车高速公路某取土场的风积沙,采用重塑试样,进行围压为10、20和30kPa的动三轴试验,得出风积沙在循环荷载作用下的ε_p-N关系曲线。试验结果表明:动应力幅值不同时,ε_p-N关系曲线可分为3种类型:衰减型、临界型和破坏型。以累积塑性应变为破坏标准,得到风积沙的动强度,发现风积沙的动强度随着围压的增加而增大,随着动荷载循环次数的增加而减小。在试验分析的基础上提出动强度与荷载循环次数指数曲线模型,计算得到不同荷载循环次数和不同围压时风积沙的动强度。     

岛礁吹填珊瑚砂不排水单调和循环剪切特性试验

南海岛礁工程设施在长期服役过程中可能面临地震和强烈波浪侵袭的风险，了解珊瑚砂的动力特性对于评价岛礁设施在地震作用下的稳定性至关重要。通过对南海某岛礁饱和珊瑚砂开展不排水单调和循环剪切试验，研究了密度和有效围压对珊瑚砂单调剪切应力-应变关系和有效应力路径的影响，揭示了密度、有效围压以及循环应力比对珊瑚砂抗液化强度、动孔隙水压上升和轴向变形的发展规律。试验结果表明：中密和密实珊瑚砂不排水单调剪切试验在50～400 kPa围压范围内都表现出应变硬化现象；珊瑚砂抗液化强度曲线伴随相对密度的增加而提升，伴随有效围压的增大而降低；相同试验条件下，循环荷载作用下珊瑚砂试样的颗粒破碎量小于单调加载。基于多组不同工况下不排水单调和循环三轴试验结果，建立了珊瑚砂不排水相变点正规化静力抗剪强度和液化抵抗强度的关联表达式，该关联表达式的建立对于珊瑚砂抗液化强度的预测有较好的参考作用。     

软土的固结状态对抗剪强度影响的研究

排水固结法处理软土地基的主要目的是加速软土的排水固结,保证路堤填土加载与地基土抗剪强度的增长相匹配,减少工后沉降。为此,需要研究软土固结度对抗剪强度的影响,研究成果为区域性软基的设计和施工提供依据。通过直剪试验和单向压缩固结试验,研究了固结压力为100kPa时,软土抗剪强度及抗剪强度指标与固结度之间的关系。试验结果表明:当固结度小于20%时,固结度的变化对抗剪强度影响不大;当固结度大于20%时,不同法向应力作用下抗剪强度随固结度的增大而增大,基本上呈线性的增长关系;在同一固结度下,增大法向应力对抗剪强度的增加影响较小;区域软土内摩擦角随固结度的增加,总体上有所增加,在增加的过程有起伏,规律性不明显;黏聚力随固结度的增加而增大,当固结度较大时,增加较明显。     

可恢复组合梁中高强螺栓连接件抗剪性能试验

为探究高强螺栓连接组合梁的功能可恢复性，通过更换失效螺栓对栓接组合推出试件进行了多次损伤-修复，并对滑移前钢-混凝土界面摩擦性能和滑移后螺栓杆抗剪性能展开了详细研究。以滑移失效和承载力破坏失效为临界点，共对24个推出试件开展了力学性能恢复测试，考虑了重装配次数、螺栓预拉力、螺栓强度、螺栓直径和螺栓孔间隙等因素的影响。最后，通过拟合得到了与螺栓预拉力相关的钢-混凝土界面摩擦因数计算公式和螺栓抗剪承载力计算公式，并提出了单个螺栓的荷载-滑移曲线实用公式，可为考虑滑移的组合梁设计提供基础。试验及分析结果表明：若混凝土板没有开裂，则更换螺栓再装配后，磨损的钢-混凝土界面摩擦性能有一定提高，螺栓抗剪承载力不会降低，可以达到原设计要求，证明螺栓连接的组合结构具有较好的可恢复性能；钢-混凝土界面摩擦因数不是定值，界面处理相同情况下，摩擦因数随螺栓预拉力的增加而非线性增大，其极值为0.53～0.56;增大螺栓直径和强度等级可以显著提高抗剪承载力和承压抗剪刚度，但混凝土板破损严重，不利于重复利用；螺栓直径小于20 mm时，螺栓与混凝土强度适配良好，可以充分发挥钢材强度；随螺栓预拉力的增加，混凝土局部压损...     

双向循环荷载作用下的膨胀土动力特性试验研究

以荆门重塑弱膨胀土为研究对象,结合铁路路基实际受力状态,考虑围压、径向动应力幅值、含水量与振动次数等因素对土体动力特性的影响,开展同相双向循环动三轴试验。试验结果表明:双向循环荷载作用下,土体的动应力-应变曲线呈双曲线型,其动应变则随径向动应力的增加而减小;不同初始含水率膨胀土的动弹模量随围压增加而增大,受含水率的影响较大,随振动次数的增加呈衰减趋势并最终趋于一稳定值;且随着径向动应力水平的提高,动弹模量的衰减幅度呈显著增大特征;土体的阻尼比则随径向动应力的增加而增大,随含水量的降低而减小,随围压的增加而减小。     

重复荷载作用下无粘结部分预应力混凝土梁的抗剪强度

依据８片无粘结部分预应力混凝土梁的试验结果，分析了在重复荷载作用下斜向裂缝、箍筋应力的发展机理及试验梁的破坏现象，研究了抗剪强度随疲劳次数的误差规律，提出了箍筋强度折减系数的计算公式；并对影响箍筋应力主要因素进行了简要分析，在此基础上提出了箍筋应力的计算公式。     

荷载与干湿循环作用下预崩解炭质泥岩抗剪强度及渗透特性

为研究预崩解炭质泥岩抗剪强度、渗透系数与竖向荷载及干湿循环的关系,研发一套可施加竖向荷载的岩土干湿循环试验装置,分别利用直剪仪、渗透仪开展预崩解炭质泥岩干湿循环后抗剪强度及渗透试验研究。结果表明:预崩解炭质泥岩的抗剪强度与法向应力呈正相关关系,随竖向荷载、循环时间的增加而增大,随循环次数的增加而降低,且抗剪强度的变化主要是由于颗粒间黏聚力的变化。渗透系数与竖向荷载及干湿循环时间呈负相关关系,而随循环次数的增加呈正相关关系,拟合预崩解炭质泥岩抗剪强度与渗透系数的幂函数关系模型,可为预崩解炭质泥岩抗剪强度、渗透特性及路堤稳定性研究提供理论依据。     

寒区湿地软土抗剪强度特征试验研究

针对寒区湿地公路软土地基在路堤填筑分级加载作用下的稳定性问题,为采用理论计算方法研究寒区湿地软土地基稳定性提供必要的计算参数,采集原状土,对寒区湿地两层软土进行三轴试验和直剪试验。研究寒区湿地软土在5个不同固结压力和3个不同固结度下主应力差与轴向应变关系的变化,以及5个不同固结压力和6个固结度下抗剪强度指标和抗剪强度的变化。试验结果表明:采用不排水剪,第1层软土的应力-应变关系呈现典型的加工硬化特征,第2层软土的则接近于理想塑性。在相同的应变下,随着固结压力和固结度的增加偏应力逐渐增大;抗剪强度随固结压力和固结度的增加而增大。粘聚力c在固结度U<20%时,随固结度的增加而减小;固结度U>20%,总体上随固结度的增加而增大。内摩擦角φ随着固结度的增大有所增加,但规律性不很明显。     

高含水量对曼谷软土水泥土不排水剪切强度特性的影响

通过开展固结不排水三轴剪切试验,研究了曼谷软土水泥土在高含水量下的固结不排水剪切特性。结果发现:当水泥含量＜10 %时,水泥土处于轻微的超固结或正常固结应力状态,但当水泥含量≥10 %时,则呈现出典型的超固结应力状态;当水泥含量≥10 %时,侧向应力对水泥土的强度影响不大,水泥土的强度受含水量的影响较大;而当水泥含量＜10 %时,水泥土的强度与水泥含量、侧压力均成正比。同时预测了高含水量下养护28天水泥土的三轴固结不排水剪切峰值强度与含水量与水泥含量的比值的经验函数关系。     

椭圆应力路径下饱和软黏土循环单剪试验

为了研究水平剪切应力对土体动力特性的影响,采用多向循环单剪仪模拟地震时土体所受的水平剪切作用,对温州饱和黏土进行一系列不排水剪切试验,分析在双向应力幅值为1∶2时,当X向和Y向加载波形的相位差分别为0°,30°,60°和90°,循环应力比分别为0.14,0.20,0.25时,相位差和循环应力比对土体动应变、动孔压、动剪切强度及剪切后再固结变形特性的影响。试验结果表明：在循环应力比较小时,应变和孔压比发展较慢,且再固结后产生的沉降也较小;当循环应力比为0.20时,相位差的增大会加快应变和孔压比的增长,X向应变的发展会受到Y向应变的影响,且相位差越大,土体达到破坏所需的圈数越少;当循环应力比为0.25时,相位差对应变、孔压比和强度的影响不明显;循环次数相同,随着循环应力比的增加,应变及孔压的发展速度增快;在一定的循环应力比下相位差越大,双向所产生的应变也就越大,且X向应变的发展会受到Y向应变的影响;当循环应力比为0.14时,再固结后的轴向变形很小;当循环应力比为0.20时,相位差越大产生的轴向变形也越大;当循环应力比为0.25时,相位差对再固结后的轴向变形影响不大。     

非液化场地中桩-结构体系地震响应与桩基失效模式分析

基于非液化场地-群桩基础-上部结构大型振动台试验,建立了非液化场地-桩-结构体系地震响应数值计算模型,在分析桩-结构体系动力响应基础上,深入探讨动力荷载下非液化场地中的桩基失效模式。通过对比数值计算模型所得典型地震响应结果与试验结果,验证了数值计算模型的有效性和合理性,进一步探讨了非液化地基中土-结构体系地震响应规律,重点关注在地震作用下桩基失效过程及桩基-结构体系地震破坏模式。结果表明：在地震作用下,土体加速度在松砂层中不再放大,在最上部出现一定放大,且桩基加速度反应也有相似规律;各深度处土体动剪应力-动剪应变滞回曲线表现出对角线斜率小幅减小的趋势,说明等效剪切模量也出现不同程度的降低,也即地基各处土体抗剪强度均有一定下降;桩身最大弯矩出现在桩身中下部,在桩头与土层交界面附近桩身剪力较大,说明可能发生桩头剪切破坏或桩身弯曲破坏。     

含石量与含泥量对压实砾石土力学特性影响的试验

对于夹泥砾石土,在应力、颗粒组成、含水率等因素影响下,其变形特性非常复杂。针对重庆机场道路工程填筑中所用的压实砾石土,通过中型样三轴试验开展了一系列力学特性试验研究,重点分析了含石量与含泥量的变化对于压实砾石土力学性能的影响,及不固结不排水（UU）、固结不排水（CU）、固结排水（CD）3种条件下的抗剪强度与变形特性;同时研究了UU条件下,不同制样含水率对压实砾石土的抗剪强度的影响。试验结果表明：压实砾石土在低围压条件下表现出强烈的剪胀性;UU三轴压缩试验条件下,小含泥量的压实砾石土的强度取决于大粒径颗粒间的咬合力,与含石量成正比;初始拌和含水率对压实砾石土UU强度的影响很大,颗粒粒组中的泥粒在高于最优含水率下易产生滑动,影响其应力-应变性状并导致其抗剪强度大幅降低;饱和固结后,压实砾石土的强度与含石量并没有直接的联系,高含石量并不代表高强度,合理的颗粒级配是决定试样CU,CD强度的重要因素;压实砾石土中含泥量增加会导致其抗剪强度的降低。另外,含石量和含泥量对压实砾石土的临界状态影响不大,同种矿物成分、不同颗粒组成的压密砾石土在CU,CD试验下的临界应力比为1.73。     

地铁列车振动荷载作用下隧道底部土层孔隙水压力及变形特性研究

为研究地铁列车振动荷载长期作用下隧道底部土层的孔隙水压力及变形特性,以北京地铁7号线2期（东延）工程为背景,利用ADINA有限元计算平台建立典型隧道区间断面的有效应力分析模型,进行上限速度行车荷载作用下饱和场地土层-隧道体系水土耦合动力响应分析,研究典型位置处孔隙水压力时程变化规律,并预测地铁振动荷载作用下引起的沉降量。同时,对北京地铁7号线粉细砂进行土工室内试验,进一步研究隧道底部土层在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力及竖向变形发展规律。结果表明： 1）在长期列车振动荷载作用下,隧道底部土层孔隙水压力逐渐增大,且增大值随土层深度的增加而减小; 2）土体的累积超孔隙水压力比和累积应变量随着荷载幅值的增加而增大; 3）与非均等固结条件相比,均等固结条件下的超孔隙水压力比较大,但累计应变量小; 4）列车振动引起的超孔隙水压力和应变均较小,超孔隙水压力在列车停运期间足以消散完毕。     

基于FLAC3D的堆载预压结合塑料排水板软土路基复合加固研究

在城市道路建设过程中,通常会遇到各种地质情况,软土地基是常见的地质问题之一。城市道路的路基是路面的基础,应满足强度、变形和稳定性的要求,由于软土具有天然含水量大、压缩性高、承载力低和抗剪强度很低等特点,当遇到软土作为路基基础时,应采取各类地基加固处理措施来对软土地基进行处理,使得城市道路能满足设计的要求。以湖南省益阳市经济开发区团圆南路道路工程为案例,通过FLAC3D数值计算,详细介绍了建立软土路基堆载预压结合塑料排水板复合加固有限差分法模型的步骤,通过数值模拟得到软土地基在堆载预压结合塑料排水板作用下的响应情况,并得到预压荷载施加后超静孔隙水压力消散规律,揭示了软土路基在堆载预压结合塑料排水板作用下的孔隙水压力、固结沉降分布特征,最终,获得了软土路基土体中孔隙水压力、各层总沉降、各层的分层沉降随着深度方向的变化规律,研究结论对软土地基处理起到很好的指导作用。     

振动荷载下铁路路基细粒土地基动力响应特征研究

细粒土地基在列车行驶荷载影响下易发生土体变形甚至出现土层液化情况,对列车行驶安全带来一定的威胁。为研究细粒土地基在振动荷载作用下的变形特征及动力响应特性,开展了地基细粒土室内振动台试验,对细粒土在振动荷载下的动力响应特征和变形进行了深入分析,并研究了动荷载下土层内孔隙水压力的变化规律。结果表明,列车行驶振动荷载影响下细粒土地基会出现大变形甚至失稳特征,根据Seed判别法可知细粒土地基存在液化风险,严重危害地基稳定性及列车行驶安全,应采取一定措施进行加固处理。     

盾构施工扰动下软土的不同应力路径试验研究

依托上海地铁12号线与13号线盾构开挖工程,根据盾构施工周边不同区域内土体的扰动特点,通过一系列不同应力路径下上海第5层软土固结不排水三轴试验,分析比较了盾构施工扰动引起的软土中孔压、应力状态变化关系。结果表明:不同应力路径下土体孔压在小应变范围内,很快发生明显变化,应变增大后,孔压稳定。相比压缩应力路径下的土体强度,拉伸路径下的强度较小,同时不同应力路径下的土体屈服时应变均较小。     

CPTU技术在黏性土不排水抗剪强度计算中的应用研究

以江苏江海高速公路的黏性土为例,采用孔压静力触探技术（CPTU）对该场地黏性土进行土层测试与不排水抗剪强度的计算研究。结合现场十字板剪切试验,反演该场地黏性土CPTU的三种圆锥系数。最后,以反演的总锥尖圆锥系数（Nk=15.9）来计算该场地其他位置处黏性土的不排水抗剪强度。结果表明:在确定场地圆锥系数的前提下,以CPTU技术来计算黏性土的不排水抗剪强度是可靠的。     

后压浆灌注桩极限承载力分析

对后压浆灌注桩的极限承载力进行了分类讨论,其可能的破坏模式主要有桩体破坏、桩底土体冲剪破坏模式,针对两种破坏模式分别提出了简单合理的极限承载力计算模型。针对以往土体强度采用摩尔-库仑准则的弊端,不能合理地考虑不同应力罗德角下主应力对强度值的贡献,而采用SMP准则则可合理地考虑不同应力罗德角下主应力对强度值的贡献,使土体在三维应力下的破坏状态更趋于实际情况。针对桩底土体采用SMP强度准则利用圆弧滑动面与虚功率原理,分析了压浆体与土体的相互作用,结合SMP强度准则推导得到了后压浆浆体承载力的计算式,为分析后压