主应力轴旋转条件下黄土变形特性试验

为研究黄土在主应力轴循环旋转条件下的变形特性,采用空心圆柱扭剪仪（HCA）开展了2种不同应力路径下的扭剪试验。第1种应力路径为保持主应力轴方向不变,改变偏应力大小,研究黄土在不同主应力轴方向角α和不同中主应力系数b下的变形特性;第2种应力路径为保持偏应力大小不变,改变主应力轴方向,研究主应力轴循环旋转周期对黄土性状的影响。试验结果表明：土样剪切强度与中主应力系数b、主应力轴方向角α相关,当b相同,α=30°时土样剪切强度最大,α=60°时土样剪切强度略大于α=45°时;α相同时,剪切强度>b=1时的剪切强度>b=0.5时的剪切强度;纯主应力轴旋转会使土体产生塑形应变,并且随着旋转周期的增加,土体产生的塑形应变将不断累积。     

高铁路基粗粒土填料静力特性大型三轴试验研究

选取宁杭高铁德清站路基填料站现场典型粗粒土填料制备试样,在100,150,200,300 kPa围压下开展大型三轴固结排水剪切试验,得到相应的应力-应变和体变特性曲线.试验表明:围压越大,偏应力达到稳定值所需的轴向应变越大,当围压为300 kPa、轴向应变达到15％时,偏应力仍在继续增长.不同围压条件下的试样剪切初期均...     

循环荷载下偏压固结饱和粉土刚度软化规律研究

以研究饱和粉土在循环荷载下长期变形和刚度软化为目的,通过GDS动三轴试验仪开展了一系列不同动应力比和不同固结应力影响下的偏压固结试验,分析了饱和粉土的动应力～应变曲线的变化趋势,揭示了累积孔压、累积应变与循环次数的关系。试验结果表明:刚度软化、累积应变、累积孔压均与动应力比、固结应力、循环次数有关,随着循环次数、动应力比、固结应力的增加,刚度软化加剧,累积孔压、累积应变增大。建立了刚度软化模型,通过对试验数据进行拟合分析发现,软化系数与累积孔压、累积应变呈指数关系,且累积孔压的关系更加显著。该模型参数少,易获取,易嵌入本构模型中,应用方便。     

超固结软粘土动力特性试验研究

利用GDS双向振动三轴系统,对超固结软粘土进行了试验研究,结果表明,随着循环次数的增加,负孔压逐渐向正孔压转变;随着超固结比的增加,土体的强度提高,循环应变发展减缓.最后在试验基础上得到了超固结软粘土的应变破坏标准.     

含水率和法向循环荷载对残积土剪切特性的影响

为了研究花岗岩残积土的静、动力剪切特性，利用大型直剪仪进行了一系列法向恒荷载和法向循环荷载作用下的直剪试验，采用了不同的含水率(13%、17%、21%、25%)、振幅(5、10、20、30 kPa)、法向加载频率(0.5、1、2 Hz)和初始法向应力(50、75、100 kPa),研究了残积土的剪应力、体积变形、强度参数和微观结构的变化规律。试验结果表明：在单调直剪和法向循环荷载作用下的直剪试验中，随着含水率的升高，土体由剪切软化变为剪切硬化，黏聚力先增大后减小，内摩擦角逐渐减小；在法向循环荷载作用下的直剪试验中，土体上、下剪切强度均随着含水率的升高先增大后减小，当含水率为17%时达到最大。相比于单调直剪试验，法向循环应力削弱了土体剪切强度，且含水率越低，强度比越小，法向循环应力对土体强度的不利影响越大；剪应力和法向位移随法向应力发生周期性波动，且剪应力和法向应力间存在相位差；土体剪切强度和法向位移随着振幅的增加先增大后减小，且振幅越大，剪应力幅值越大；法向加载频率越高，土体剪切强度越小，体积剪缩量越大。     

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。     

钙质砂三轴固结不排水剪切特性研究

采用三轴固结不排水剪切试验，对南海海区岛礁饱和钙质砂进行剪切特性分析。结果表明:围压并不是影响偏应力的主要因素；达到偏应力峰值所对应的轴应变均在3%以内；初始弹性模量随初始孔隙比增大而减小，初始围压越大，初始弹性模量也越大；在给定的初始孔隙比下，剪切模量随着围压增大而增大。     

基于不同初始静偏应力的结构性软黏土动力特性试验研究

以天津滨海新区结构性海积软土为研究对象,采用GCTS动静扭剪试验仪,基于正弦波与方波两种波形,在固结排水条件下施加不同初始静偏应力,通过考虑循环振次、应力幅值、振动频率以及围压等因素对土体结构的影响,研究结构性软黏土的动力特性。试验结果表明:初始静偏应力小于土体初始屈服应力时,施加静偏应力增加了土体固结度,提高了其结构强度,应变软化现象减弱,累积塑性应变曲线中屈服点对应的应力值大。初始静偏应力大于土体初始屈服应力时,土体初始结构破坏,出现严重的应变软化现象,累积塑性应变曲线迅速由稳定型转变为临界型,且在同条件下,方波应变值始终大于正弦波。孔压变化与初始静偏应力有关,随着静偏应力增大其孔压滞后现象严重。土体屈服应变随初始静偏应力增大而增加,静偏应力及振次相同时,方波作用下的土体屈服应变值小于正弦波。两种波形下,土体屈服应变随振次增加均呈减小趋势,且最终均会趋于一点,正弦波趋于相同数值下的振次远大于方波。土体动强度随应变标准提高而呈现增大趋势,应变标准为屈服应变值时,动强度曲线表现为先陡后缓,其他应变标准下动强度曲线较为平缓。两种波形下的动强度随振次增加而减小,最终均会趋于一点,且正弦波值大于方波。     

透水性级配碎石基层填料永久变形特性及预估模型

透水性级配碎石基层填料因其大而连通的孔隙可有效增强道路系统的排水和生态功能,对“海绵城市”建设意义重大,但其在交通荷载重复作用下的变形稳定性仍有待深入研究。针对由颗粒堆积理论提出的石砂比(G/S)指标所设计的5种不同的透水性级配碎石填料试样，开展了室内动-静三轴试验,研究了级配和应力状态对填料抗剪强度和累积塑性(永久)应变特性的影响,相应地提出了基于级配和剪应力比的力学-经验法预估模型,验证了模型的准确性。研究结果表明：相同G/S值的填料试样在同一围压水平下的轴向累积塑性应变随剪应力比的增大而增大,在同一剪应力比水平下的轴向累积塑性应变随围压的增大而增大；G/S=1.6~1.8的级配碎石填料抗剪强度和抗永久变形性能均最佳,预估模型对于不同G/S值、剪应力比和围压水平下透水性级配碎石填料轴向累积塑性应变的预测具有较高的准确性。     

基于扰动状态理论的生物酶改良膨胀土K-G模型

以生物酶改良膨胀土的非线性弹性本构关系为研究对象,提出基于扰动状态理论的修正K-G模型。首先开展不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的等向固结排水试验和等p三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力-应变关系特征,基于非线性弹性K-G模型,分析生物酶掺量对膨胀土的切线体积模量K_t和切线剪切模量G_t中相关参数的影响规律。采用生物酶掺量作为扰动掺量,以试验和扰动状态概念为基础建立扰动函数,基于扰动状态理论对K-G模型进行修正,以反映生物酶掺量对改良膨胀土应力-应变扰动关系,使本构关系符合土体的实际变形过程,更合理地描述生物酶改良膨胀土的非线性弹性应力-应变关系。结果表明：通过对比ε_v-p及ε_s-q的试验曲线、K-G模型曲线与修正K-G模型理论计算曲线,体应变ε_v的K-G模型预测值小于试验值,而剪应变ε_s的K-G模型预测值大于试验值,修正K-G模型的体应变ε_v和剪应变ε_s的预测值都与试验值较为接近。修正K-G本构模型中各参数物理意义明确,与K-G模型中的参数确定方法一致,可以较合理地描述不同生物酶掺量扰动条件下改良膨胀土的变形特性。     

先期振动对高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响

先期振动对土石坝地震变形影响显著。通过开展不同先期动应力作用下的动三轴试验,研究了先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响。结果表明:先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的弹性轴应变无明显影响,但显著降低了其塑性轴应变;未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的残余变形在先期振动影响下显著减小,与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为48.1%和42.0%;先期动应力为80%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为80.9%和71.6%。先期动应力幅值越大,再次经历动应力时未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料产生的残余变形越小,抵抗变形能力提高越明显。最大残余变形的降低幅度与固结比、围压及高聚物含量无关。随后修正了沈珠江动残余变形模型,修正后的残余变形模型可以反映高聚物对堆石料残余剪应变和残余体应变的影响。与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的高聚物胶凝堆石料(高聚物质量比R_p=2%)的改进残余变形模型参数c₁和c₄分别降低了27.7%和61.2%;先期动应力为80%围压的高聚物胶凝堆石料(R_p=2%)的改进残余变形模型参数c₁和c₄分别降低了68.8%和79.3%。     

粒孔比对筋-土界面循环剪切特性的影响

加筋土结构的动力性能对公路、铁路、边坡和挡墙等实际工程具有重要意义，因此研究筋-土界面的动力剪切特性具有重要意义。试验选用填料为4种不同粒径范围的粗颗粒土：0.5~1.18 mm，1.18~2.36 mm，2.36~4.75 mm，4.75~8 mm，一种方形网孔的土工格栅，土工格栅的网孔尺寸为30 mm×30 mm，在剪切速率分别为0.25，1，2，5 mm·min^-1，相对密实度分别为22%、55%、75%的条件下，研究填料平均粒径与土工格栅网孔尺寸的比值（粒孔比）对土工格栅-粗粒土界面循环剪切特性的影响。研究结果表明：当粒孔比从0.04增大到0.20时，土工格栅-粗粒土界面的剪应力峰值先增大后减小，粒孔比为0.07时，土工格栅-粗粒土界面的剪应力峰值最大；粒孔比分别为0.04，0.07，0.11，0.20时，土样的最终剪缩量分别为2.547，2.583，3.150，5.021 mm，表明随着粒孔比的增大，土样的最终剪缩量增大；同一循环次数下，粒孔比为0.07时，土工格栅-粗粒土界面的剪切刚度最大；粒孔比为0.20时，土工格栅-粗粒土界面的阻尼比最大；同一循环次数下，当剪切速率从0.25 mm·min^-1增大到5 mm·min^-1时，土工格栅-粗粒土界面的剪应力峰值先增大后减小；随着剪切速率的增大，土工格栅-粗粒土试样的最终剪缩量增大；相对密实度分别为22%、55%、75%的条件下，粒孔比为0.07时，剪应力峰值均达到最大值，分别为66.63，76.79，79.17 kPa。     

饱和软土三轴剪切特性与微观结构关系试验

天然土体均具有一定的物质组成和内部结构，因而表现出不同的工程特性。为探求软土在剪切变形过程中微观结构的演化规律，研究土体的宏观物理力学性质与微观结构之间的相互关系，对珠江三角洲饱和软土进行真三轴剪切试验和核磁共振试验，获取不同剪切速率条件下不同应变阶段的软土力学响应特征和孔隙微观结构参数。试验结果表明：三轴试验前后软土的孔径均主要集中在1～20 μm区间，经三轴剪切试验后软土的微观结构及其参数均发生了不同程度的变化，如平均孔隙半径减小，孔隙率降低，含水率减少。在剪切过程中，软土的剪切变形存在一个应变阈值（竖向应变4%～5%），当竖向应变小于应变阈值时，软土的小孔隙的百分数随应变增大而减小，中、大孔隙百分数随应变增加而增加；当竖向应变大于阈值后，孔隙分布随应变的变化趋势则反之。软土的微观结构形态及其微观结构参数变化受剪切速率和土的应变值这2个因素影响较明显；孔隙形状参数（S/V）随土的应力状态（广义剪应力q和应变ε_s）有规律变化。此外，从微观结构层次和分子动力学角度揭示了软土剪切力学行为，软土剪切过程实质是土微（细）观结构不断自我调整的过程，土体的受力变形在微观上主要表现为孔隙大小和形状的变化。     

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。     

循环荷载下水泥土桩复合单元体变形特性及其地基长期沉降计算方法

对于软土地区的路基工程,若路基处理不当,在长期交通荷载作用下,容易导致服役期路面开裂、不均匀沉降等问题。水泥土搅拌桩法是软土地区最常用的路基加固方法之一。研究循环荷载下水泥土桩复合地基的变形特性,对于指导交通荷载下软土地基长期沉降控制具有重要意义。然而,现有研究主要集中在软土和水泥土单一介质,对于水泥土桩复合体的研究较少。通过开展水泥土桩复合单元体大型动三轴试验,分析围压、静偏应力和置换率等因素对水泥土桩复合体累积塑性应变的影响。研究结果表明：循环荷载下水泥土桩复合体累积塑性显著小于软土,且应变随围压、动应力比及静偏应力的增大而增大,随置换率的增大而减小;静偏应力的增加会导致复合单元体临界动应力比的减小。基于试验结果,建立了水泥土桩复合体长期沉降计算方法。结合现代有轨电车算例,分析交通荷载作用下软土路基以及经水泥土桩法处理后的路基长期沉降结果。计算结果表明,采用水泥土桩法可有效减小软土路基长期沉降。     

反复湿化和动载作用下路基红黏土累积变形特性研究

针对南方湿热地区红黏土路基受干湿交替环境和行车荷载往复作用而出现过大附加沉降的问题,为揭示反复湿化和动载联合作用下路基红黏土的累积变形演变规律,采用喷雾加湿和暖风干燥的方法对压实红黏土试样进行定量增湿与脱湿,制备了4个不同湿化幅度和5种不同湿化次数的试样,并通过动三轴试验测试了湿化幅度、湿化次数和动应力幅值对累积变形的影响。研究结果表明:累积塑性应变随湿化幅度的增加呈非线性增大,存在临界湿化幅度为1.5%,超此幅值时累积应变成倍增加;试样经历初次湿化时,即从0次到1次,累积应变增幅较大,第2次和第3次时增幅放缓,而进行到第4次时,累积应变增幅又变大;动应力较小时,累积应变在较少振动次数下趋于稳定,而当动应力超过临界动应力水平,试样累积应变迅速增长直至破坏,且动应力对累积塑性应变的影响随着反复湿化幅度和次数的增加而增大;累积应变状态受湿化幅度、湿化次数和动应力幅值的耦合影响,从塑性安定型演变为增量破坏型,其典型滞回曲线形状由从疏到密变化到从密到疏,面积越来越大。最后基于试验加载结束时累积应变的幂函数变化规律,以湿化幅度、湿化次数和动应力幅值为变量,建立了动力湿化应变的预测模型,可用于实际工程常出现的稳定型累积应变状态的湿化变形预测。     

地震荷载作用下粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量和阻尼比的影响

为分析川西地区混合土地震荷载作用下的动力特性，针对该地区保留全部粒径的天然混合土，对3组土分别采用筛分法剔除60，20，10，5 mm粒径颗粒，制备粗颗粒含量不同的天然混合土土样，利用DJSZ-150粗粒土动、静两用三轴试验机进行大型动三轴试验，采用Hardin-Drnevich双曲线模型（H-D模型）拟合动应力-应变关系曲线，获得G_d/G_max-γ和λ-γ曲线变化规律，分析不同围压和粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量G_d和阻尼比λ的影响作用。结果表明：混合土动剪切模量G_d、阻尼比λ均随围压及大于5 mm的粗颗粒含量的增大而增大，原因是随着围压增大，粗细颗粒的接触增多，土体结构更加紧实，提高了颗粒壁隙间的动摩擦力，增大了能量传递时的耗损，导致动剪切模量与阻尼比随之增大；当粗颗粒含量小于40%时，细颗粒构成土骨架，粗颗粒的接触被细颗粒阻隔，导致其对动剪切模量及阻尼作用贡献不大，此时动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的速度较慢，当粗颗粒含量为40%~60%时，混合土中粗颗粒骨架形成，且细颗粒有效填充了粗颗粒间的孔隙，粗颗粒在土中起主导作用，此时动剪切模量与阻尼比随着粗颗粒含量的增加而快速增加，当粗颗粒含量大于60%时，粗颗粒的增加无法进一步增强其骨架效应，而此时细颗粒间的胶结作用随粗颗粒的增多导致细颗粒的相应减少而减弱，动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的趋势不明显。     

基于砾钢渣+橡胶颗粒的新型填料动剪切模量与阻尼比特性试验

为了解决固体废弃物循环利用问题，提出将废旧轮胎橡胶颗粒掺入废弃钢渣中形成新型土工填料。为了了解该新型填料的动力特性，采用共振柱试验对基于钢渣+橡胶颗粒的新型土工填料的动剪切模量和阻尼比特性开展研究。首先分析围压与橡胶颗粒含量对新型填料动剪切模量和阻尼比的影响，试验结果表明：动剪切模量和阻尼比与剪应变的关系类似传统土类，动剪切模量随着剪应变的增大而减小，阻尼比则随着剪应变的增加而增大，变化曲线趋势基本一致；新型填料的动剪切模量随着钢渣含量的减少和橡胶颗粒含量的增加而逐渐减小，橡胶颗粒含量达到20%时，动剪切模量与剪应变的关系曲线低缓显著，新型填料中橡胶颗粒不宜掺入太多。然后，基于Hardin-drnevich双曲线模型建立新型填料的动力特性理论模型，Hardin-drnevich双曲线模型能够较好地模拟新型填料动剪切模量归一化的数据，并对新型填料参考剪应变随橡胶含量的变化趋势进行了预测。最后，将新型填料的最大动剪切模量与纯钢渣、南京砂和福建标准砂的最大动剪切模量进行比较。分析结果表明：新型填料的橡胶颗粒含量不宜超出15%，这种新型填料动剪切模量适中，阻尼比较大，具有较好的抗震减震能力，能够替代砂土成为一种回填材料。     

基于Martin-Darvidenkov模型的冻结粉质黏土动力特性研究

冻土作为一种由固体矿物颗粒、冰晶体、未冻水及气体组成的多相结构体系，其动力学性质相较融土更为复杂。为了研究冻土动力特性的演化规律，探究等效线性黏弹性模型对冻土的适用性，以青藏粉质黏土为对象开展了一系列分级循环加载条件下的低温动三轴试验，深入分析冻土动弹性模量和阻尼比随振次、围压及动应变幅值的变化规律。研究结果表明：冻结粉质黏土骨干曲线的初始斜率随围压的增大而减小，体现了围压的强化作用；分别采用H-D模型和M-D模型对冻土的骨干曲线进行描述，结果显示相比H-D模型，采用M-D模型可以较好地模拟冻结粉质黏土骨干曲线在高动应变幅值下的软化现象；冻结粉质黏土的动弹性模量随动应力幅值的增大非线性减小，且基于M-D模型的动弹性模量预测模型可较好地描述冻结粉质黏土动弹性模量随动应变幅值的非线性变化规律；在每级循环荷载作用下，动弹性模量随振次的增大有小幅波动；滞回曲线面积随动应变幅值的增大呈非线性增大的趋势，阻尼比随动应变幅值的增大呈现出先减小后增大的趋势。此外，在每级动荷载作用下，当加载级数较小时，阻尼比随振次的增大逐渐减小，随着加载级数的增大，阻尼比随振次增大而减小的趋势逐渐减弱；当加载级数较大时，阻尼比随振次的增大呈现出逐渐增大的趋势。