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.     

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。     

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。     

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。     

砂泥岩混填力学特性试验分析

砂泥岩混合料是砂岩颗粒和泥岩颗粒按一定比例混合的一种常见的填筑土体,因其取材方便而经常被用于水库、路堤、基坑开挖、渠道等实际工程中。本文通过GDS三轴试验系统,对砂泥岩混合土体在不同的砂泥岩颗粒比例、干密度和含水率情况下的强度和变形特性进行了分析。结果表明：低围压时,砂泥岩混合料应力-应变关系曲线表现为应变软化型,随着围压的增加曲线表现为应变硬化型;含水率对砂泥岩混合料应力-应变关系曲线的形态影响不大,偏应力峰值强度随着含水率的增大先增加后减小;干密度较小时,砂泥岩混合料应力-应变曲线表现为应变硬化型,随着干密度的增加,应力-应变曲线形态向应变软化型转变;砂泥岩混合料抗剪强度参数均随干密度的增加而增大;土体抗剪强度参数随砂岩颗粒含量的增加而增加。     

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。     

侧向卸荷条件下上海灰色粘性土的三轴试验研究

本文通过K0固结条件下GDS常规三轴和侧向卸荷三轴试验分析了应力路径对上海地区⑤1层灰色粘性土的强度与变形特性影响。试验结果表明不同围压条件下侧向卸荷三轴试验有效应力路径基本呈倒“L”形,而常规三轴试验则呈“S”形。侧向卸荷三轴试验的负孔压数值随围压减小而单调增加,其最终值与围压大小正相关;侧向卸荷三轴压缩试验应力应变关系与常规三轴压缩试验有较多相似,其峰值强度都随体积应力的增加而提高,但破坏时应变值明显较常规压缩试验偏低。归一化土体模量与应力水平呈幂次关系,其幂指数m值与《上海市基坑工程技术标准》中对浅层土建议值基本相同。     

不同应力路径下黏性土的力学特性研究

对上海地区⑤1层软黏土进行了常规三轴、减压三轴试验，以研究考虑不同应力路径的力学特性。分析了初始固结状态对软黏土应力路径的影响，比较了不同应力路径下土体的应力-应变关系特征和孔隙水压力变化规律，计算了土体抗剪强度指标。研究结果表明，应力路径对土的峰值强度、孔压、有效应力路径等特性影响很大，软粘土的应力-应变关系具明显的非线性,且基本呈应变硬化型；常规三轴试验中孔隙水压力为正值，减压三轴试验中总体为负值；初始固结状态对黏土的抗剪强度有一定的影响，且影响主要来自对黏聚力值上，对内摩擦角值影响较小。     

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。     

黄泛区中高液限黏土动、静态回弹模量及预估模型研究

土体回弹模量是路基填料的重要力学指标和路面结构的主要设计参数。针对黄泛区中高液限黏土，开展了3种压实度、3种含水率和3种围压、7种附加应力水平下的动、静三轴试验研究，分别获得了189组工况下的动、静态回弹模量及其相关关系。研究结果表明：土体回弹模量与物理状态和应力水平密切相关，且土体动态回弹模量普遍高于其静态值，动态回弹模量以及动、静回弹模量比均随着偏应力比（附加应力与围压比值）的增加而呈指数式衰减，并可划分为快速衰减区、过渡区和缓慢衰减区，对应的偏应力比分别为0.2~1.0，1.0~2.0和2.0~3.0；在此范围内，土体的动态回弹模量为其静态回弹模量的1.21~1.91倍；同时，获得了土体归一化动态回弹模量与回弹应变的相关关系，提出了黄泛区中高液限黏土归一化动态回弹模量表达式，在偏应力比为0.2~3.0范围内，土体的回弹应变为34×10^-6~2 200×10^-6，处于变化敏感的小应变水平，归一化动态回弹模量随着应变的增加而快速减小，最大衰减至0.54，计算路基顶部竖向压应变的设计指标时，需要考虑动态回弹模量的衰减；最后，对现行规范的土体动态回弹模量预估模型进行了修正，提出了适合黄泛区中高液限黏土的三参数经验公式，并且建立了土体双参数静态回弹模量预估模型，对9种不同物理状态下的土体静态回弹模量进行了可靠预测。     

基于干湿循环与三维条件下污泥固化土邓肯-张模型研究

为研究城市污泥固化土作为路基填料时其在复杂应力状态下的力学特性，通过GCTS真三轴试验仪对城市污泥固化土进行不固结不排水试验，探讨其在不同干湿循环次数和中主应力比条件下的应力-应变特性和抗剪强度指标变化规律，并在三维条件下对邓肯-张模型进行了双重修正。研究结果表明：当干湿循环次数和围压一定时，污泥固化土的结构屈服应力随着中主应力比的增大而增大；当中主应力比和围压一定时，污泥固化土的结构屈服应力随着干湿循环次数的增加而降低，且干湿循环次数为3时降幅最大，干湿循环次数大于5之后土体结构屈服应力降幅较小；此外，对比污泥固化土的真三轴试验曲线与邓肯-张模型预测曲线，发现理论曲线与试验曲线存在一定差异，而通过考虑中主应力比、干湿循环次数和中、小主应力差作用的影响对污泥固化土邓肯-张模型进行2次修正，使得到的邓肯-张模型预测曲线与真三轴试验曲线基本一致，该预测曲线可准确反映污泥固化土的真实受力状态，可为其在路基工程中的应用、施工提供理论指导和预测分析。     

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...     

路基黏土改良填料的动剪应变门槛研究

土体的动剪应变幅值是分析土体动力特性的关键参数,针对掺砂、砾的路基黏土改良填料,进行了一系列不同围压、动偏应力、压实度、含水率条件下的大型动三轴试验,探讨了改良填料累积塑性应变的增长特点和类型,分析了动剪应变与累积塑性应变增长的内在联系,最终得出了区分累积塑性应变增长类型的动剪应变门槛,由此可以利用土体所表现出的动剪应变值判断其动力稳定性。     

重塑饱和黏性土的K0固结特性研究

以饱和重塑黏性土为对象,利用GDS三轴仪开展了不同加载速率条件下的K0固结试验,研究了土体固结过程中的应力、应变和时间的关系,并着重分析了静止侧压力系数K0的变化规律。研究结果表明:饱和黏性土的应力随时间呈直线增长,而应变与时间及应变与应力的关系曲线发展趋势与加载速率的大小有关;试验过程中静止侧压力系数有过程值,其随时间的发展也受到加载速率的影响,但在固结稳定后基本保持不变。     

反复吸湿循环对原状残积土剪切特性的影响

为了研究反复吸湿循环下天然土体因吸力路径变化引起道路、桥梁等工程土体剪切特性变化的规律,开展了不同围压、吸力和反复吸湿条件下的非饱和土三轴试验研究,从有效应力原理、矿物成分和土水特征曲线(SWCC)滞回特性出发,对不同吸水条件引起的非饱和土剪切特性差异进行多角度分析和解释;同时,研究不同吸水次数后非饱和土体积变化趋势和SWCC滞回特性引起饱和度变化对土体强度的影响,深入分析土体抗剪强度吸水软化的原因。结果表明:脱湿路径下原状残积土表现出的延性和剪缩特性与正常固结土的剪切性状相似,而吸湿路径下土样具有的脆性和剪胀特性与超固结土相符;同一吸力条件下,第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值并不随有效应力的增加而增加;而相同围压下,第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值表现出随吸力增加而减小的趋势;多次吸水后,残积土总体积增加具有不可逆和滞后的特点,土体膨胀性和剪破特性与有效应力和吸力水平有关,应力水平越大,土体应变软化效应越明显;土体软化与水力滞回特性引起土体饱和度的变化和产生的不可逆变形(或累积不可逆变形)有关,多次脱吸湿循环产生的累积不可逆变形是导致土体强度下降的主要原因。研究结果对残积土边坡稳定性分析评价及其治理设计具有重要意义。     

干湿和冻融共同作用下压实黏性土回弹模量试验研究

以山东济南和黑龙江大庆的两种低塑性黏性土为研究对象,在不同围压、动偏应力、含水率和冻融循环次数条件下,开展两种压实黏性土动三轴试验确定其回弹模量 M_R ,研究季节性冻土区域干湿、冻融共同作用对天然路基土M_R的影响规律。试验结果表明:试样冻融循环次数越多、含水率高,围压对M_R的贡献越大。动偏应力有两种刚度效应,即动偏应力下因土体逐渐压实产生的刚度增强效应和动偏应力反复剪切造成的土体结构破坏而产生的刚度衰减效应。高塑性土体M_R对含水率变化较为敏感,但敏感性随冻融循环作用显著降低。两种土的M_R在前3次冻融循环中衰减明显,随着冻融循环次数的继续增加,M_R基本保持不变。     

振动频率对饱和软粘土动力特性影响试验研究

通过对杭州饱和软粘土进行动三轴试验,研究了振动频率对软粘土动力特性的影响。试验结果表明,随着振动频率的增加,孔压比与双幅动应变均降低。以10％双幅动应变为破坏标准得到了不同振动频率下,软粘土的动强度曲线。随着振动频率的增加,土体动强度增加,但当振动频率等于0．5Hz时,动强度增加幅度减小。     

冻融循环对粉质黏土力学性质的影响及邓肯-张模型

为了描述冻融循环下压实黏性土不排水剪切性状的变化规律,建议了一种能够反映冻融循环影响的修正邓肯-张模型。首先,以青藏高原粉质黏土为对象,进行一系列冻融循环试验和常规不固结不排水三轴压缩试验。然后,基于邓肯-张双曲线模型,通过三轴压缩试验得到应力-应变关系,确定邓肯-张双曲线模型参数随冻融循环次数的变化规律及相应的回归关系。最后,根据模型参数的函数表达式,建立以冻融循环次数为影响因子的修正邓肯-张模型,并编制该修正模型的计算程序。结果表明:粉质黏土试样的应力-应变曲线形式基本呈应变硬化型,破坏强度随冻融循环次数的增加而逐渐减小,冻融循环劣化作用随围压的增加而逐渐减弱;模型参数中,抗剪强度指标、初始切线模量、极限偏应力和常数K均随着冻融循环次数的增加呈逐渐减小的变化规律,可以采用Logistic函数进行拟合;破坏比随着冻融循环次数的增加呈逐渐增大的变化规律,可以采用ExpAssoc函数进行拟合;常数n随着冻融循环次数的增加呈先减小、后增大的变化规律,可以采用三次多项式函数进行拟合;模型计算结果与试验结果对比表明,两者得到的应力-应变曲线基本吻合,说明该模型可以用来描述粉质黏土变形和强度特性在冻融循环下的劣化特征。     

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。     

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。