动三轴实验中的饱和砂土孔隙水压力分析

利用动三轴实验，对砂土液化中的孔隙水压力发展进行了研究，根据孔隙水压力发展过程中的不同现象，将该过程划分为4个阶段，并将孔隙水压力与应变，应力路径相联系，应力路径和联系，总结了各种因素对砂土液化中孔隙水压力发展的影响，对砂土液化的机理有更深的了解。用剪胀，剪缩，卸荷体缩理论来解释砂土液化过程中出现的各种现象，分析认为，砂土应力状态与孔隙水压力发展之间的关系密切，剪胀与卸荷体缩是影响孔隙水压力发展的主要因素。     

固结比对饱和砂土液化的影响研究

在影响砂土液化的众多因素中，固结比的作用已经引起了广大科研工作者的注意，研究表明这是影响饱和砂土液化的一个重要因素，本文通过动三轴实验，研究了在不同固结比下砂土的液化全过程，分析表明，固结比影响了砂土液化过程中的应力状态，从而造成在不同固结比情况下，砂土的应变，液化强度和孔隙水压力发展出现明显不同。固结比的不同会影响到砂土的液化应力状态，从而造成应变发展的没，固结比为1的实验受拉破坏先于受压破坏，对于其它的固结比，拉压破坏先后顺序与土的特性和孔隙水压力的发展有关。并且，由于因结比大的砂土在动荷载作用下易于达到剪胀，从而应力－应变曲线迅速向稳定形态过渡；随着固结比的增加，导致影响反应剪力出现所需要的动应力也愈大，从而砂土液化强度会有所提高，但是，因固结比增加引起砂土强度的增加的趋势会受到动摩强度的限制，大固结比情况下的砂土进入剪胀较早，因而抑制了砂土残余孔隙压力的积累，影响了极限孔隙水压力的发展，研究表明，固结比愈大，砂土的极限孔隙水压力呈线性下降趋势。     

振动力作用下饱和砂土液化的模糊神经网络预测

根据饱和砂土在振动力作用下会发生液化,而液化的程度又具有模糊性的特点,将模糊数学与神经网络算法结合,建立饱和砂土液化预测的模糊神经网络系统。该系统是1种前向多层网络,它将传统的模糊逻辑控制器基本元件和功能与具有分布学习能力的神经网络相联系,通过实际工程样本数据训练获得系统模糊推理中饱和砂土液化的基本参数,从而优化推理系统。利用模糊神经网络系统建立饱和砂土液化的模糊规则,剔除对饱和砂土液化影响不大的因素,突出对饱和砂土液化影响较大的因素。系统以饱和砂土的相对密度、标准贯入击数、上覆有效应力、振动力幅值等参数作为预测饱和砂土液化的判别指标,预测砂土在振动力作用下发生液化的可能性。应用该系统对实际工程中35个饱和砂土样本进行液化预测,其结果与工程实际有很高的符合度。     

CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究及有限元分析

采用6组面内双剪试验研究了碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)与混凝土界面的黏结行为。为了保证双剪试件两侧界面受力均匀且处于纯剪切状态,对传统的试件制作方法进行了改进并取得了较好的效果。基于试验结果建立了Popovics型界面黏结滑移本构关系,将此本构关系引入有限元模型并对影响界面黏结性能的结构参数进行了分析。结果表明:界面的峰值应力随混凝土强度的增大而增大,随外贴CFRP宽度的增大而减小,但界面的极限剥离荷载呈增加趋势。与常用的2种界面极限剥离荷载计算模型对比表明,本文所提供的剥离荷载计算方法与两者较为接近,能够较好地预测CFRP-混凝土界面的极限剥离荷载。     

动车组车钩钩体材料Goodman-Smith曲线及疲劳应用分析

为研究重联状态下动车组车钩钩体的疲劳强度，建立了重联状态下的车钩钩体的有限元模型并通过试验验证了模型的准确性。绘制出钩体材料的修正Goodman-Smith曲线，统计列车在运行过程中受到的载荷谱，计算反复拉压产生的应力，结果位于Goodman曲线的封闭区域内，表明车钩钩体不会发生疲劳破坏。该方法验证了动车组车钩在运行过程中是可靠、稳定的。     

考虑中间主应力、剪胀和受扰影响的砂土新邓肯—张模型

原始邓肯—张模型基于Mohr-Coulomb强度准则和双曲线体变公式,不能考虑土体的中间主应力效应、剪胀性和受扰敏感性,影响了其适用范围和预测精度.现有对邓肯—张模型的改进仅针对某一方面,赵春风的修正邓肯—张模型考虑了中间主应力效应和剪胀性,但没有考虑砂土的受扰敏感性;徐日庆的砂土修正邓肯—张模型考虑了受扰敏感性,但没有考虑中间主应力效应和剪胀性.本文结合赵春风模型和徐日庆模型的优点,建立了考虑中间主应力、剪胀性和受扰敏感性等共同影响的砂土新邓肯—张模型,并探讨了该新模型的适用性,对实际岩土工程设计具有参考价值.     

地基土抗剪强度与极限平衡条件的评价分析

在确定地基土的抗剪强度的基础上 ,运用材料力学中平面应力状态的理论对无粘性土和粘性土均进行了极限平衡条件的评价分析 ,运用该分析方法进行工程实例计算 ,计算结果表明该方法较准确、可靠。     

中英铁路路堑边坡设计方法对比研究

为研究中英铁路路堑边坡设计方法的异同,总结英标Morgenstern-Price法、国标容许应力法和极限状态法等3种计算方法,并以马来西亚东海岸铁路项目为例,对同一工点的路堑边坡按上述3种方法进行设计和对比分析。研究结果表明:采用英标Morgenstern-Price法和国标容许应力法设计的路堑边坡坡率一致,而采用极限状态法设计的边坡坡率比前两者坡率更平缓;极限状态法设计方案比英标Morgenstern-Price法和容许应力法设计方案每公里投资增加比例约9.5%,安全系数偏高,建议进一步对极限状态法计算路堑边坡稳定性的各分项系数进行优化。本文研究成果对促进中国高铁"走出去"具有重要意义,也可为其他海外类似工程的设计计算提供参考。     

基于离散单元法的道砟循环加载双轴试验研究

为从微观上分析列车循环荷载作用下道砟强度和刚度变化以及塑性变形的发展,用离散单元法模拟其在一次及二次加载条件下的双轴试验,分析2种情况在不同围压下道砟的力学特性并进行比较。结果表明:(1)第一次加载完成后,偏应力-轴向应变曲线表现为弱应变软化型或应变硬化型,其形态主要取决于围压高低;体应变-轴向应变曲线包括剪缩和剪胀2个阶段,剪缩阶段比较短。(2)第二次加载完成后,不同围压的偏应力-轴向应变曲线均为硬化型,道砟整体强度和刚度减小,塑性变形发展迅速;试验过程中,道砟颗粒一直处于剪胀状态。     

可液化土层对地下结构地震反应的影响研究

为了研究砂土液化大变形对地铁车站结构产生的重要影响,使用FLAC~(3D),采用PL-Fin土体液化本构模型,总结地下结构位于可液化土层时,液化土层从液化初始到产生液化大变形时刻,土体液化、结构位移变形和结构周围土体应力与结构应力变化规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行对比。主要结论有:地铁车站结构从底部开始液化,引起两侧土体的移动和结构的倾斜上浮;由于结构两侧土体液化较轻微,结构左侧墙临近土体应力及结构应力在液化和非液化场地中的变化规律比较类似,底部土体液化较严重导致液化地层中结构底板及底板相邻土体应力变化同非液化土层存在较大差异。     

砂层隧道列车振动响应与地基累积变形研究

采用动力有限元数值计算方法,对列车荷载作用下狮子洋隧道典型砂层段的动力响应进行计算分析。进一步借鉴路基累积变形计算方法,对列车长期荷载作用下隧道基底砂层累积变形计算方法进行探讨。狮子洋隧道基底砂层段孔隙水压力消散较快,基底土层实际动应力比小于其临界动应力比,隧道基底砂层不会由于列车长期运营而产生局部液化破坏;在列车荷载作用下,隧道衬砌结构中应力、位移均变化不大,隧道结构在列车运营荷载作用下处于安全状态;在列车长期运营荷载作用下,隧道基底砂层累积塑性变形小于25mm,隧道基底地基土累积塑性变形不会对列车长期运营造成破坏性影响。     

循环荷载作用下饱和软黏土海床的刚度衰减模型研究

在地震和波浪等循环荷载作用下,海床内部产生循环应力、循环应变以及超孔隙水压力累积,可能造成饱和软黏土地基强度和刚度的降低,对桩基础的承载性能产生较大的影响。将反映土体软化特性的参数引入等效黏弹性模型中,建立考虑循环荷载作用下饱和软黏土刚度衰减以及动应力-应变非线性和滞回性的修正模型,基于动三轴试验结果反演获得饱和Kaolin软黏土的动力特性参数和软化特性参数。对有限差分程序FLAC^3D进行二次开发数值实现了该修正模型,并与动三轴试验结果进行对比验证;进一步采用修正模型研究了不同强度地震激励作用下的自由场海床响应,与离心机试验结果进行对比,验证了采用修正模型描述饱和软黏土海床地震响应的可行性。     

人工冻结对南京砂液化特性的影响

针对长江中下游地区广泛分布的南京砂,使用GDS动三轴系统分别在地震荷载和地铁列车振动荷载作用下进行动三轴试验,研究人工冻结对南京砂液化特性的影响及其机理,并判别2种荷载对南京砂冻结施工的潜在危险。结果表明:在地震荷载和地铁列车振动荷载作用下,冻融循环均会明显降低南京砂的刚度和抗液化能力,首次冻融最为明显;冻融次数越多,冻融粉细砂的结构性越差,越容易发生液化;冻融循环将增大南京砂动孔压对动荷载响应的敏感度;冻结温度越低、有效围压越小,冻融循环后南京砂的抗液化能力越差;南京地区地震荷载对南京砂冻结施工的潜在危险较小,而来自地铁列车振动荷载的潜在危险较大。     

饱和软黏土循环累积孔压模型及地铁隧道路基长期沉降计算

不同围压和固结方式下,在进行上海地区第4层饱和软黏土不排水循环三轴试验及累积孔压影响因素分析基础上,引入修正动偏应力水平,建立循环累积孔压显式模型;并利用循环三轴试验结果验证模型合理性。提出交通荷载作用下软土地基长期运营沉降分析方法,并应用于上海地铁隧道路基长期沉降预测。该方法采用拟静力有限元计算循环累积塑性变形和孔压显式模型相结合的方式,所需计算参数易于确定;对其他循环荷载作用下软土地基长期沉降预测有借鉴作用。     

高速铁路路基基床结构分析及设计方法

基于实测资料,分析路基动荷载、动应力和动变形的特点。按照分担比,将列车荷载分配到轨枕上,再利用Boussinesq弹性理论公式和Odemark的模量与层厚当量假定进行设计计算。当计算选取的介质模量值考虑应变水平影响时,计算与实测结果有较好的一致性,从而建立一种路基基床的分析计算模式。结合临界体积效应应变的概念,以控制重复荷载作用下路基不发生累积变形和累积孔压等累积效应为目的,提出路基基床结构的应变控制设计方法。     

高速铁路地基土液化及稳定性研究

根据室内动三轴试验结果和地基土(粉土)中孔隙水压力的发展变化规律,结合达西定律,建立了考虑消散作用时地基土中孔隙水压力发展变化的计算模型,并推导了该计算模型的有限元形式,编制了相应的有限元计算程序;利用该计算模型和室内动三轴试验结果对高速列车作用下孔隙水压力发展变化过程进行了分析研究。结果表明:在高速列车通过时,地基中部分区域可能会发生液化现象,但是随着时间延长,地基土中孔隙水压力会逐渐消散;即使一列列车通过后不会发生液化现象,但如果通过的列车时间间隔较短,由于前几次列车通过时所产生的孔隙水压力无法充分消散,经过多次列车通过后,地基中也可以产生液化区域。     

蒙辽客运专线粉砂地基固结压缩特性的三轴试验研究

依托新建通辽至京沈高铁新民北站铁路路基工程,对细颗粒含量分别为10%、15%、30%和40%的中密状态粉砂开展一系列室内固结不排水三轴试验研究,通过试验研究不同细颗粒含量粉砂在不同围压条件下的应力-应变关系、孔隙水压力的涨消发展模型及初始剪切模量的发展规律,揭示细颗粒含量和围压对中密状态粉砂应力-应变关系、孔压演化特性及初始剪切模量的影响规律。结果表明:空间应力状态下的不同细颗粒含量中密粉砂的应力-应变关系曲线以硬化型为主,符合增长型双曲线模式,且随着围压的增加,应力-应变关系曲线呈现强硬化状态,随着细颗粒含量的增加,应力-应变关系曲线呈现弱硬化状态。孔隙水压力的变化表现为随剪切的发展先经过一段上升过程,达到峰值后又开始下降,且随着细颗粒含量的增加,围压的增大,孔压的峰值越高,孔压消散速度降低,剪切完成后的残余孔压越大。初始剪切模量与围压呈正相关,即随着围压的增大而增大。同时,运用ABAQUS有限元程序建立计算机模型模拟试验,进一步验证上述分析结果的真实性与可靠性。     

上海地区软土的循环累积孔压模型

基于上海地区饱和软土动三轴试验成果;通过对累积孔压和累积变形影响因素及发展规律相似性进行分析,将Parr提出的循环累积变形方程进行转换,引入动强度参数并提出等效循环动应力水平概念,建立能综合考虑列车荷载循环次数、静偏应力和和动偏应力耦合作用、固结方式等影响因素的上海地区软黏士累积孔压模型.结合试验结果对模型进行验证,确定不同试验条件下模型中试验常数.结果表明:模型能够较好地反映多种因素对软土循环累积孔压影响.模型仅适用于正常固结软黏土且循环应力比大于循环应力比阈值而小于临界循环应力比的情况.为提高模型计算和预测精度,用室内试验确定模型中试验常数值时,应采用跟现场实际相符的加载和固结条件.     

淤泥质土及其改良土体动力特性试验研究

为探究佛山淤泥质土及掺加超细水泥改良土体的动力特性,依托佛山地铁2号线一期工程,对隧址区内的淤泥质土及掺加超细水泥的改良土体进行动三轴试验。研究结果表明:相同围压条件下,随超细水泥掺量增加,土体抗剪强度增大,动剪切模量增大,最大阻尼比减小;对于同一土样,随围压增大,土体抗剪强度增大,动剪切模量不断增大;不同围压条件下的阻尼比随剪应变的变化均可分为两个阶段,当剪应变较小时,阻尼比与围压呈负相关,在剪应变较大时,阻尼比与围压呈正相关;掺加超细水泥对淤泥质土具有较好的改良效果,掺加超细水泥400 kg/m~3土体的动黏聚力为4.4～7.5 kPa,动内摩擦角大小为1.9°～5.16°。本文测定出淤泥质土原状土及改良土体在振动作用下的各项参数,为研究隧道长期不均匀沉降特性提供基础数据。     

路基砂土湿化变形的试验研究

根据砂土从干燥状态浸水后会发生湿化变形的特性,从既有高速公路路基钻取砂土试样分别进行干土样和湿土样的三轴试验对比分析,得到砂土湿化变形前后其力学参数的变化情况。结果表明,砂土经过湿化后其抗剪强度和变形模量将降低,并提出在工程养护中应做好路基及路面的排水处理,防止出现路基砂土湿化现象。