高动应力水平下软粘土动力特性研究及应用

软粘土在受到不同应力水平动荷载作用时动力特性差异较大,在低水平动应力作用下土体强度呈现循环弱化并趋于稳定状态,在高水平动应力作用下土体强度会发生循环破坏,高、低动应力水平的临界值称为临界动应力。目前研究大多针对低水平动应力作用下土体强度循环弱化问题。针对烟台港淤泥质粉质粘土开展了一系列动三轴试验,探究淤泥质粉质粘土的临界动应力变化特性及土体在高水平动应力下的强度变化规律,研究了不同围压、不同固结静偏应力和不同超固结比条件下软粘土的动力特性。通过对动强度试验数据的统计分析,给出了土体临界动应力随固结围压的变化规律,得到了综合考虑循环次数、围压、静偏应力和超固结比的土体动强度模型。依据已有的低水平动应力下循环强度弱化模型和建立的高水平动应力下动强度模型,通过二次开发将其在ABAQUS软件中实现,建立了综合考虑不同动应力水平下土体强度循环弱化和循环破坏的有限元数值模型,并通过实例研究了土体强度循环破坏对地基承载力的影响。     

循环荷载作用下淤泥质黏土软化试验研究

针对连云港地区淤泥质黏土颗粒细、渗透系数小的特点,研究了循环荷载作用下土体的软化规律,提出该类土体软化指标.通过三轴循环荷载试验,得到累积轴向应变值和轴向应变值随着循环应力幅值比和固结压力的增大而增大;土样中平均孔压比随着循环应力幅值比的增大而增大;循环荷载的周期越大累积轴向应变和平均孔压值越大;在循环荷载作用初期,变形模量的弱化随着循环应力幅值比和循环周数的增大而更加显著.对试验数据进行分析,得出在风暴潮的波浪循环荷载作用下,连云港地区淤泥质黏土的模量和强度折减系数在0.75~0.80之间.     

多因素下滨海软黏土循环后强度弱化研究及应用

随着近海工程向深水化、大型化发展,波浪循环荷载作用下软黏土地基弱化问题越来越受到关注。文章以烟台港原状淤泥质黏土为研究对象,通过动三轴试验,研究了不同围压、动应力和静偏应力影响下循环后不排水抗剪强度弱化规律和应力路径发展规律。在此基础上考虑实际工程中的土体状况,增加了固结度这一新的影响因素。试验结果表明存在固结度临界动应力比0.2,当动应力比小于等于0.2时,固结度对于土体强度弱化的影响基本一致;当动应力比大于0.2时,固结度对于强度弱化的影响突然加速。根据试验规律建立了综合考虑围压、动应力、静偏应力和固结度的多因素影响下不排水抗剪强度弱化公式,并采用拟静力方法将公式应用于烟台港防波堤数值模型的计算中,结果表明考虑强度弱化效应的计算方法更加接近工程实际。     

循环荷载作用下饱和软粘土累积变形研究

在天津滨海饱和重塑软粘土不排水循环三轴试验的基础上,分析了不同静、动应力组合影响下软粘土的累积变形规律。基于静蠕变理论,提出一种长期循环荷载作用下饱和软粘土轴向循环累积塑性应变经验模型,其中,用双曲线函数来表示软粘土轴向累积应变与循环次数的关系,用指数函数来表示累积应变与相对偏应力水平的关系。以有限元软件ABAQUS为平台进行二次开发,通过用户子程序CREEP将该模型嵌入有限元数值模型中,并利用室内三轴不排水循环蠕变的试验结果对本文经验模型的数值计算结果进行验证。最后,将该数值计算模型应用到防波堤工程实例中,分析了软土地基的循环累积变形的变化规律。研究成果可为软粘土地基上港口与海岸水工建筑物的设计提供参考。     

偏压固结软黏土循环特性试验研究

关于软黏土循环强度弱化的研究已经有了很多成果。然而在工程上为了削弱循环荷载对土体的影响,一般会采取打塑料排水板、堆载预压等软基处理手段来提高土体强度,从而减弱循环荷载对土体的弱化作用。以烟台港原状淤泥质粉质黏土为研究对象,通过室内动三轴试验,探究土体在静偏应力固结后累积孔压的发展规律和循环强度的弱化规律。根据孔压数据拟合出软黏土的孔压模型,再利用等效超固结比理论将孔压模型与强度弱化规律相结合,得到了适用于偏压固结之后整个动态循环过程的强度变化公式。     

荷载作用下超固结比对软土抗剪强度指标影响

通过室内三轴试验,研究在荷载作用下,淤泥质粉质粘土的超固结比与抗剪强度值的关系,进而分析总结出软粘土的抗剪强度指标c,φ值随超固结比和轴向偏应力的变化规律。表明:抗剪强度值随轴向偏应力的增加而线性增加;抗剪强度值随超固结比的增加而增加,呈曲线的变化趋势。超固结比越大,土样的抗剪强度增加的速率越慢。软粘土的抗剪强度指标c,φ值随轴向偏应力的提高而线性增加,但φ值增长幅度较小;软粘土的抗剪强度指标c,φ值随超固结比的增加而增加,呈曲线的变化趋势,超固结比越大,c,φ值增加的速率越慢;与c值相比,φ值增长幅度较小。最后对试验数据加以公式拟合,提出考虑荷载作用下软粘土的抗剪强度指标c,φ值随超固结比变化的计算公式。     

荷载作用下软粘土土性指标变化规律试验研究

目前许多港口与海岸工程建设在深厚软粘土地基上,荷载作用下软粘土土性指标的变化成为工程设计中关心的问题,而固结度和上部结构物产生的竖向荷载是影响地基土体土性指标的主要因素。针对烟台港淤泥质粉质粘土原状土样,通过三轴固结不排水剪切试验,研究不同固结压力、不同固结度下软粘土抗剪强度和土性指标的变化规律。试验结果表明,荷载作用下软粘土的抗剪强度和土性指标基本随固结度和轴向偏应力的增大而线性增大,粘聚力增长幅度十分显著,而内摩擦角增长幅度相对较小。根据试验数据,提出工程设计中考虑荷载作用的土性指标计算公式。     

k_0固结饱和黏土的动剪切模量与阻尼比试验研究

开展一系列k_0固结饱和黏土的动三轴试验,研究了围压、初始静偏应力、加载历史3种因素对动剪模量-动应变(G-γ)和阻尼比-动应变(λ-γ)关系曲线的影响,并利用Hardin Drnevich公式对试验获得的G-γ关系进行了分析。结果表明,k_0固结黏土的G/Gmax-γ曲线与围压无关;G-γ曲线随初始静偏应力水平的增加逐渐下移,λ-γ曲线随初始静偏应力水平的增加逐渐上移;以累积应变作为加载历史的度量,初始动剪模量G′随不同累积应变的增大逐渐减小,并呈现良好的线性规律;不同累积应变条件下的G-γ关系可用初始动剪模量G′作为归一化参数,并具有良好的归一化特性;累积应变对λ-γ关系影响不大。研究成果可为场地的动力特性评价提供必要参考。     

波浪循环荷载作用下饱和软黏土孔压发展模式

利用循环三轴试验对波浪循环荷载作用下饱和软黏土的孔压发展进行了研究,考虑了固结应力、循环应力幅值和循环周期等因素对孔压发展的影响。试验发现,在循环荷载初期,平均孔压的增长较迅速,而循环荷载的后期孔压增长较缓慢;循环应力幅值越大,固结应力越小及循环荷载周期越大,土体中的孔压越大。根据试验结果建立了拟合孔压与循环周数的数学关系式,并研究了不同试验条件对参数的影响。分析表明:循环应力幅值比越大,固结应力越小及参数u*max越大,固结应力对参数k、t的影响较小,参数k、t随着循环应力比值分别近似呈线性降低和线性增大的趋势;不同循环周期的参数u*max和t近似为常数,参数k随着循环周期的变化呈线性降低趋势。     

循环荷载波形变化对结构性软土变形及能量特性的影响

针对循环荷载波形变化对结构性软土变形的影响,以天津滨海新区临港工业区海积软土为研究对象,对其土样施加不同波形、不同幅值的循环荷载,并对不同波形、不同幅值作用下软土的耗散能发展曲线进行研究,并提出两种发展模式下的结构性软土耗散能的演化方程。结果表明,在考虑荷载波形的情况下,循环荷载幅值较小(30 kPa)时,累积塑性应变发展缓慢,波形变化对塑性应变发展趋势的影响很小;循环荷载较大(40、60、80 kPa)时,累积塑性应变快速增加,方波荷载作用下的累积塑性应变发展最快,正弦波荷载次之,三角波荷载作用下的塑性应变发展最慢。