冲击荷载下层状饱和无粘性土动孔压发展模式研究

为揭示饱和无黏性土层在冲击荷载作用下动孔压发展模式及其受土层条件的影响,基于自主研制的冲击荷载加载台装置,开展了不同土层条件层状饱和土冲击试验,对动孔压发展特征及土体沉降等进行了分析。结果表明:冲击荷载作用下,无粘性饱和土体动孔压发展呈明显两阶段,即瞬态响应和稳态响应阶段,其中稳态响应阶段动孔压发展又经历缓慢下降及快速下降两过程。单层土情形下,饱和砂土在冲击荷载后动孔压发生骤增,随着粒径的增大,动孔压峰值越大,但其消散用时则随粒径的增大而减小;双层土情形下,动孔压稳态响应阶段因上下土层渗透系数变化,在其下层土动孔压下降过程产生明显变化;当含有相对弱透水夹层时,受弱透水层影响,各测点动孔压下降段几乎在同一时刻均出现明显转折平台,使其下降的速率明显变小,且该现象弱透水层以上土体较其下部土体更为显著;含夹层时,试验过程出现明显非均匀分布的“水膜”,最大厚度可达2 cm左右。同时,每次冲击荷载下均伴随明显的土体沉降,随着冲击次数增加,土层沉降变化量逐渐减小。

饱和砂-黏及砂-粉-黏混合土动孔压特性

含细粒砂土在吹填土中广泛分布,其在长期服役过程中可能经受波浪及车辆荷载的循环作用,掌握含细粒砂土动孔隙水压力的变化特性对于评价吹填土在循环荷载作用下的安全性及稳定性尤为重要。通过对饱和重塑砂-黏混合土及砂-粉-黏混合土开展室内固结不排水循环三轴试验,研究了不同黏粒含量、细粒含量、黏粉比和孔隙比下砂-黏混合土及砂-粉-黏混合土动孔压的发展特征。结合不同混合土内部颗粒赋存状态光学显微镜图像及颗粒赋存状态理论,揭示了黏粒含量、细粒含量、黏粉比和孔隙比对混合土动孔压发展的影响规律及影响机理。试验结果表明:对于砂骨架孔隙比与孔隙比恒定的砂-黏混合土来说,随着黏粒含量的增加,动孔压在振动后期的波动性增长趋势分别增强、减弱;对于砂-粉-黏混合土来说,随着细粒中粉粒含量增多(黏粒含量减少),FC=5%试样动孔压在振动后期的波动性增长趋势呈现非单调变化规律,不同孔隙比下FC=10%试样动孔压在振动后期的波动性增长趋势单调增强;提出了适用于砂-黏混合土以及砂-粉-黏混合土动孔压发展的Mod-Baziar模型,该模型不仅扩展了动孔压的预测范围,而且具有更高的预测精度,其可以更好反映动孔压的整体发展趋势以及孔压在振动后期的细节变化;当采用Mod-Baziar模型分别对不同孔隙比下的纯砂、砂-黏混合土以及砂-粉-黏混合土动孔压进行预测时,模型中各个参数的取值范围依次增大。初步分析认为上述试验结果是由不同颗粒间复杂的黏结、摩擦及填充作用所致。

固结应力比对土样动强度和动孔压发展规律的影响

回顾了初始剪应力对土样动强度和和动孔压发展规律的影响,使用动三轴对某土石坝坝基饱和砂砾石料进行动强度试验,研究固结应力比Kc对土样动力特性的影响。分析试验结果如下:所有土料都存在一个转折点Kc′:Kc<Kc′时动强度随Kc的增大而升高,动变形和动孔隙水压力随Kc的增大而降低;Kc>Kc′时动强度随Kc的增大而降低,动变形和动孔隙水压力随Kc的增大有稍许加大趋势。转折点Kc′的具体数值与土料性质及所受应力状态有关。本次试验Kc=0.5～3.0,转折点Kc′为2.8左右。Kc过大后,初始剪应力较高、剩余强度较低而导致动强度降低。偏压固结Kc=0.7～1.3时,试验土料最终孔压值均可达到围压;偏压固结Kc≥1.5后,试样最终孔压值是否可达到围压取决于动应力σd是否大于主应力差(σ1c-σ3c),即σd是否形成拉应力使试件伸长。但当Kc很大后,σ1c和σ3c相差太大,需施加非常大的动应力σd才能使其应力应变反向,试样不可能达到初始液化。

细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响

利用GDS循环三轴仪,对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验,并基于Seed孔压应力模型,研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。研究结果表明:细粒含量对砂土孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数θ的不同。含细粒砂土中细粒含量与孔压参数θ的关系不是呈单调的线性关系。参数θ先随着细粒含量的增加而减小,并在细粒含量为30%时达到最小值,之后随着细粒含量的增加又逐渐增加,不同的是参数θ在细粒含量超过30%后,其增加的趋势相对平缓。通过对不同细粒含量砂土动孔压演化特性试验研究,更进一步证明了临界含量的存在,试验所用的含细粒砂土,临界细粒含量在30%左右。

不同固结条件下尾矿动孔压演化规律

地震作用下尾矿坝有液化失稳的危险,尾矿动孔压的演化规律可以间接体现其液化过程。为研究尾矿动孔压的演化规律,开展了一系列的动三轴试验。结果表明:尾矿动孔压演化具有明显的阶段性,在等压固结时可用S形反正弦函数曲线描述,在偏压固结时可用J形指数函数曲线描述;尾矿材料在等压固结条件下临界孔压接近于围压,在偏压固结条件下临界孔压小于围压,且随围压及固结应力比的增大而减小,随尾矿平均粒径的增大而增大。基于极限平衡理论推导了等压固结和偏压固结条件下的临界孔隙水压力方程,从理论上阐释了试验结果所揭示的动孔压演化规律,可以为地震区上游式尾矿坝的抗震设计提供参考。

饱和砂的动孔压演化特性试验研究

利用GDS 10 Hz/20 kN双向振动三轴系统,对饱和砂进行不排水动三轴液化试验,研究了液化进程中动孔压的发展规律,并阐述了动孔压的演化机理.基于试验结果,提出适用于饱和砂的动孔压应变模型.该模型直接和动力分析中应变幅相联系,能够弥补应力模型的不足,并具有较好的适用性.等压固结条件下,动应力和固结压力对动孔压比与动应变比的关系影响较小,动孔压发展规律可近似用同一模型表示.不同动应力和固结压力作用下,饱和砂土动孔压的增长模式用Seed提出的孔压应力模型描述时,试验常数可取相同值.

滨海软土动孔压发展模型核心函数研究

动孔压发展模型在滨海相软土动力学性质的研究中非常重要。结合软土动孔压发展的机理,分析了其数学模型的核心函数应具有的基本性质。提出了动孔压半值指数的概念,揭示了指数曲线模型、双曲线模型等传统动孔压模型核心函数的缺陷。根据能量耗散原理,建立了基于微分控制方程的动孔压发展新模型。数学分析表明,两个传统模型的核心函数及其动孔压半值指数均是新模型对应的特例,新模型克服了传统模型的不足,具有更广泛的实用性。

一个新的内时参量动孔压模型及其适用性研究

基于Ｆｉｎｎ等人提出的内时孔压模型，通过饱和砂土应变控制的振动扭剪试验，研究了孔隙水压力的增长规律，以有效剪应变路径长度参数为内时参量，提出了一个饱和砂土振动孔隙水压力的计算模型．通过对已有试验资料的检验表明，新的内时参量对于应变控制的动单剪、动三轴试验以及应力控制振动试验的孔压发展规律都具有很好的归一化性能．

循环荷载下杭州粉砂土动孔压模型研究

通过杭州典型粉砂土的固结不排水动三轴试验,研究了不同围压、频率和固结比条件下的循环荷载对杭州粉砂土动孔压增长的影响,分析了在不同频率、不同固结比、不同围压作用下,杭州粉砂土的孔隙水压力变化规律,发现固结比对孔压增长影响显著;同时通过对张模型、改进的张模型和双曲线模型进行对比,总结出分段式孔压增长模型,上升段用双曲线模型进行拟合,稳定段选用线性模型,构建了适合杭州粉砂土孔压发展的模型,并明确提出了相应条件下的模型对应参数值.

基于动三轴试验的层间错动带动孔压特性及能量分析

2008年汶川地震触发的大光包滑坡滑带形成背景是渗水层间错动带,该带强度变化是决定滑坡启动的主要因素,动孔压发展是土体材料强度劣化的根本原因,故基于系列室内动三轴试验研究该带材料孔压特性。结果表明,动载下层间错动带材料孔压快速增长,循环剪应力比越大,孔压增长越快,不同荷载条件下应变达到5%时动孔压比等于1,材料液化,根据动孔压比与振次比曲线的拟合关系提出幂函数应力模型。从能量角度描述层间错动带材料孔压增长特性,揭示出循环剪应力比对累积能量耗损与动孔压比曲线影响较小而围压对其影响较大,并进一步提出孔压增长的能量模型。

振冲加固饱和粉砂地基的动孔压测试与分析

本文结合实际工程.对振冲法加固饱和粉砂粉土地基时各个过程的振动孔压进行较为全面的测试与分析,如成孔阶段和成孔后的动孔压消散、复振效应、上下留振阶段和成桩阶段等,还对加固前后的振动孔压作了比较。通过初步分析,提出了一些可供实际工程设计施工参考的意见。

试验研究层间错动带动孔压增长的影响因素

对大光包滑坡层间错动带材料进行动三轴试验,研究在不同条件下动孔压的增长特性,试验结果表明:(1)频率对动孔压的增长没有影响,不同频率下试样达到液化的时间基本相同;(2)动应力越大,孔压增长越快,达到液化需要的振次越少;(3)饱和度对动孔压的增长有较大影响,饱和度越高,样品动孔压增长越快,达到液化需要的振次越少;饱和度降低,动孔压的增速减缓,在应变达到5%时样品没有液化;(4)干密度越小,动孔压增长越快;干密度越大,颗粒之间的咬合力和摩阻力越大,孔压增长缓慢。

粉土地基强夯动孔压增长及地面变形规律研究

在黄河冲击平原进行了粉土地基强夯现场试验,现场监测动孔压及地面变形数据并对试验结果进行统计分析,得出如下结论:夯击次数和地层埋深影响动孔压增长,动孔压随夯击次数增加而增大,随地层埋深增加而减小;粉土地基动孔压的增长模式符合指数函数模型;提出了总沉降量作为止夯标准的新方法。

掺细料砾石土的动孔压特性探讨

地震荷载作用下发生滑坡的滑动带通常由粗颗粒与细颗粒组成。滑带土的动力性质及动孔隙水压力的发展对边坡的稳定性至关重要。对掺细料砾石混合土进行动三轴试验来探讨细料（粒径小于0.5mm）含量对砾石（粒径6~20mm）混合土的动孔压特性的影响,进行细料含量为0%、20%和40%的三组试样的动三轴试验,采用固结围压为100kPa、固结应力比为1.0、频率为1.0Hz,施加轴向动应力分别为0.50、0.55、0.60和0.65kN,得到动孔压的变化规律。试验发现：（1）相同激振力作用下,随着细料含量的增加,动孔隙水压力增长速度逐渐变缓;相同细料含量时,随着激振力的增大,动孔隙水压力增长速度变快。（2）激振力较大和细料含量较少时,动孔隙水压力在较少的振次下达到较大值并趋于稳定。（3）细料含量为20%的砾石混合土试样在试验终止时的振动次数最大,细料含量为40%的砾石混合土在试验终止时的振动次数最小。（4）当细粒含量为0%和20%时,试验终止时最终的孔压都可以接近固结围压;当细粒含量为40%,激振力较大时,试验终止时最终的孔压才接近固结围压,而激振力较小时最终的孔压远远没有达到固结围压。

饱和砂砾土动孔压发展规律试验研究

采用多功能振动三轴仪对饱和砂砾土进行室内动三轴试验,分析不同试验条件下饱和砂砾土动孔压的变化规律,试验结果表明:在同一固结压力条件下,随着动应力幅值的增大,孔压比的上升速率增大,经过一段时间后最终的孔压比达到一定值;在同一固结压力和动应力幅值条件下,随着固结应力比的增大,孔压比的上升速率逐步减小,达到相同的孔压比时所需的振动次数也逐步增加。

动荷载下填方体压实黄土动应变与动孔压变化规律研究

某黄土填方体不同深度含水率差异明显,部分层位体积含水率达到50%,高含水率影响该填方体在长期动荷载作用下的变形与应力状态,需开展动荷载下填方体压实黄土动应变与动孔压变化研究。制备接近填方体实际干密实度的三轴试样,开展不同围压与不同循环应力比条件下饱和压实黄土动三轴试验,研究循环应力比与循环次数对饱和压实黄土塑性应变累积、应变变化率、应变幅值、孔压累积、孔压变化率与孔压幅值的影响规律,进一步基于边界面塑性理论揭示循环应力比和围压的这一影响机制。研究结果有利于黄土填方体动力分析,对该高填方体长期变形评估具有重要参考意义。

低围压下埕北海域重塑粉土振动孔压模型试验研究

开展了低围压条件下固结不排水振动三轴实验,对埕北海域重塑粉土振动孔压发展模型进行研究.低围压条件下粉土孔压随振次的发展曲线呈现两种形态,具体呈现何种形态与粉土轴向动应力和临界循环应力有关.对孔压数据进行了归一化处理,发现低围压条件下粉土孔压模型可以用指数函数进行拟合,且黏土含量并不影响孔压模型形式,只会影响a、b两个实验参数.孔压影响因素分析表明,少量黏粒含量的加入可以使粉土的孔压发展速度增大;振动频率对粉土孔压发展的影响也存在一个临界值,约0.2 Hz,当振动频率小于该值时,粉土孔压增长速度随频率的增加而减缓;当振动频率大于该值时,粉土孔压增长的速度随频率的增加而增大.

饱和砂砾土的动强度与动孔压模型试验

由于砂砾土具有抗剪强度高、压实性能好、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,在工程界得到广泛应用.通过一系列的室内动三轴试验对饱和砂砾土进行了动力特性研究,主要分析了不同振动频率、固结压力和固结应力比对动强度和动孔压的影响规律.试验结果表明:当循环振动周期为某一定值时,随着固结压力、固结应力比的增大,土体发生破坏所需的动剪应力也随之增大,振动频率的增加对动剪应力的影响较小可以忽略不计;在同一振动周期下,当动孔压比为某一定值时,随着固结比Kc的增大,所需动剪应力比也随之增大;当动剪应力比为某一定值时,动孔压值随固结应力比Kc的增大反而减少,这说明固结应力比对饱和砂砾土的液化有很大影响.

压实度对脱硫石膏动强度和动孔压影响试验

为研究压实度对脱硫石膏动强度与动孔压特性影响,对压实度为0.85、0.90和0.95三组脱硫石膏进行等压固结不排水振动三轴试验,试验围压为100 kPa、200 kPa和400 kPa。结果表明:随压实度增大,脱硫石膏颗粒间作用力愈强,颗粒联结骨架越不容易破坏,脱硫石膏动强度越大,动孔压增长越慢;试验压实度范围下,脱硫石膏动剪应力比和动内摩擦角均与压实度呈线性相关;试验用脱硫石膏可分类定名为低液限粉土,其动强度曲线和动孔压发展模式均与常规粉土类似,分别可通过幂函数和对数函数表征,经F值试验法检验,其统计回归显著性水平均为“高度显著”。

考虑温度影响的软黏土长期动孔压模型研究

以宁波轨道交通④层淤泥质黏土为对象,开展了不同温度、动应力、初始偏应力、围压作用下的动三轴试验,获得了不同试验条件对孔压的影响规律。在此基础上,对现有的孔压-振动次数双曲线模型进行改进,建立了考虑温度影响的动孔压-振动次数模型;其次,利用孔压试验结果对模型进行验证,并给出了不同试验工况下的模型参数;最后,基于动态平衡假设,建立了长期动荷载作用下考虑温度影响的归一化孔压预测模型,模型预测值与试验结果吻合性较好,可以为轨道交通设计和施工提供理论依据。