长江漫滩相超固结软土最大动剪切模量试验研究

为探究长江漫滩相超固结软土最大动剪切模量G_(max)变化特征,利用弯曲元对原状长江漫滩相软土开展了系列试验研究,探讨了不同超固结比H_(OCR)、初始有效固结围压σ'_(3c)及孔隙比e对漫滩相软土G_(max)的影响规律。试验结果表明,当σ'_(3c)和H_(OCR)均相同时,G_(max)随e的增大而减小;H_(OCR)的增大会导致G_(max)随e的衰减速度逐渐降低,而σ'_(3c)的增大不会引起G_(max)衰减速度的变化。孔隙归准化最大剪切模量G_(max)/F(e)随归准化初始有效围压σ'_(c0)/Pa的增大而增加,但其增长速率逐渐降低,G_(max)/F(e)与σ'_(3c)/Pa呈幂函数关系。基于回归分析,提出了合理表征具有不同超固结状态、初始应力条件及密实程度的长江漫滩相软土G_(max)预测方法,并通过独立试验验证了该方法的有效性。

橡胶混合黏土小应变剪切模量特性试验研究

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔隙比e_(sk)对混合土的最大动剪切模量G_(max)进行评价。结果表明:掺入橡胶颗粒后,混合土的G减小,λ增大,且橡胶掺量增大时,混合土的G减小、λ增大;围压增大时,混合土的G增大、λ减小;橡胶粒径增大时,混合土的G增大、λ减小。随着橡胶掺量增大,骨架孔隙比e_(sk)增大,G_(max)降低;在相同橡胶掺量时,随着橡胶粒径的增大,e_(sk)增大,G_(max)升高。在Hardin公式的基础上,基于骨架孔隙比e_(sk)提出了考虑橡胶掺量和橡胶粒径的G_(max)表征模型,该模型具有较好的准确性,可为评价橡胶混合黏土G_(max)提供依据。

蜂窝板几何参数对芯子剪切模量测量值的影响

为了通过三点弯曲试验获得蜂窝芯子较准确的剪切模量,基于商用铝蜂窝夹层板几何参数与典型剪切模量值,对三点弯曲试验有限元仿真模型进行校验,研究了蜂窝夹层板几何参数对测得芯子剪切模量值的影响规律。利用Sobol法对各影响因素进行灵敏度分析,拟合得到简化代理模型。基于简化代理模型,给出了三点弯曲试验中蜂窝夹层板几何参数适用可行域。研究结果表明,蜂窝夹层板几何参数对芯子剪切模量测量值的影响程度由大到小的顺序为芯子密度、面芯厚度比和面板厚度。在给定的可行域内,通过三点弯曲方法测得的蜂窝芯剪切模量精度良好,可为实际工程提供参考。

PVC膜材剪切模量非线性研究及有限元分析

基于气承式膜结构顶部受不同水平荷载时位移呈非线性变化这一现象,从膜材剪切特性入手,通过双轴偏伸试验研究膜材剪切性能,得出膜材剪切应力与剪切模量的变化关系,发现膜材剪切模量并非常数。为验证这一结论,引入ABAQUS有限元分析,依据试验中得到的膜材剪切模量与剪切应力关系建立材料模型,以气承式膜结构为例进行分析。在考虑膜材剪切特性基础上,通过模拟得到的气承式膜结构顶部水平荷载-位移曲线也呈非线性趋势,剪切模量为常数条件下模拟位移与试验位移误差率均值在20%左右,而膜材剪切模量随剪切应力变化条件下模拟位移与试验位移的误差率在10%左右。验证了膜材剪切模量不为常数这一假设,表明膜材剪切模量变化对气承式膜结构位移变形的影响不能被忽略。

加载频率对饱和珊瑚砂剪切模量硬化和衰退特性的影响

为探究循环加载频率f对珊瑚砂动剪切模量硬化和衰退特性的影响,采用不同f(0.01Hz、0.05Hz、0.1Hz、0.5Hz、1Hz)的分级和单级加载模式,开展中密、均等固结、应力控制的饱和珊瑚砂不排水循环剪切试验。珊瑚砂的孔压门槛剪应变(低于该应变不会产生超静孔压)和模量门槛剪应变(低于该应变不会产生剪切模量衰退)的大小基本相同,可统一称为门槛剪应变γ_(th),且γ_(th)值的大小不受f的影响。低应变(≤γ_(th))时,动剪切模量G随循环剪应变幅值γ_(a)的增大而增大,与施加的循环应力比(CSR)呈二次多项式关系,模量硬化指数δ_(s)最大可达1.2;高应变(>γ_(th))时,G-γ_(a)关系曲线不受f的影响,模量衰退指数δ_(d)可表示为γ_(a)的负幂函数;G随循环次数N增大而衰退的速率随f的增大而减小,与f相关的δ_(d)可表示N的显式表达式。

沉积方向对珊瑚砂动剪切模量及阻尼比的影响

复杂地质赋存环境下珊瑚砂具有显著的各向异性特征,颗粒的沉积方向显著影响其动力特性。对南沙岛礁珊瑚砂开展均等固结的共振柱试验,探究了珊瑚砂颗粒的沉积方向角φ(沉积面与水平面的夹角)和初始有效固结围压σ0’对其动剪切模量G和阻尼比λ的影响。在给定φ下,G随剪应变幅值γ_(a)增大而减小的速率随σ0’的增大而增加;给定σ0’下,G随γ_(a)增大而减小的速率随φ增大呈现先减后增的趋势,φ=60°时G—γ_(a)曲线位于最下方。最大动剪切模量G_(0)随φ的增大表现出先减后增的现象,且φ对G_(0)的影响随σ0’的增大而降低。建立了考虑φ和σ0’影响的修正Hardin模型,预测和量测的G_(0)值偏差小于10%。动剪切模量比G/G_(0)—γ_(a)曲线对φ不敏感,结合修正Hardin模型和Davidenkov骨架曲线预测和量测的G值偏差小于15%。在陈国兴等(2006)提出的阻尼比经验模型中引入φ影响的修正项,预测和量测的λ值偏差小于20%。

红黏土动剪切模量比与阻尼比概率分布特征研究

为探讨红黏土的动力学参数特征,揭示动剪切模量比与阻尼比在典型剪应变条件下的概率分布规律,本文以广西红黏土为研究对象,通过收集整理321组动力特性试验基础数据,给出了广西红黏土在典型剪应变条件下动剪切模量比与阻尼比随剪应变的试验推荐关系曲线,分析了不同概率水准条件下动剪切模量比和阻尼比的不确定性分布形态,并利用Boltzmann曲线给出了不同概率水准下动剪切模量比与阻尼比的上下限值及拟合公式。通过与前人给出的常规土类研究结果进行对比,初步揭示了红黏土动力特性与深度和剪应变的关系规律。研究表明:红黏土动剪切模量比、阻尼比在八组典型剪应变条件的上下限值随超越概率的变化呈现一定的规律,在数学形式上均满足Boltzmann方程。当剪应变在1×10^(-4)~1×10^(-3)时,动剪切模量比与阻尼比离散程度均达到最大。在同一剪应变条件下,随着超越概率的增大,红黏土动剪切模量比与阻尼比上下限之间的差距显著增大。

基于能量法的空腹夹层板夹心层平面外等效剪切模量计算

采用拟夹层板的方法快速计算空腹夹层板的受力性能,需要其拟夹心层的抵抗剪切影响的参数。考虑空腹夹层板的空间构型和建造材料,文章采用能量法对去掉表面薄板的空腹夹层板作为夹心层模型进行平面外等效剪切模量的计算。为验证此平面外等效剪切模量的精确性,采用多组精细有限元模型在不同工况下进行误差对比。结果显示:在多种情形下通过该计算式计算出的剪切变形具有一定精度,最大误差约15%,相较之前研究误差大大减小;空腹夹层板本体抗剪刚度优秀;不改变其他构件形状,仅改变剪力键的材料选取对其抗剪能力影响有限。

应力路径对盐城粉质黏土动剪切模量影响试验研究

沿海地区地下土常受到地震、施工、波浪等各种动力作用的影响。为了研究应力路径对粉质黏土动力特性的影响,选取盐城地区不同深度的粉质黏土原状样进行循环应力路径下的共振柱试验。结果表明:应力历史对土动力参数响应的影响显著,加卸载路径间土的最大动剪切模量Gmax和动剪切模量G之间有明显差异;在围压0~80 kPa时,Gmax快速上升,变异性减小;地质年代和埋深对土动力学参数的变化起重要作用。随着埋深增加,各应力路径下Gmax和围压变化时G的差异不断扩大,当地质年代发生变化时,G显著增加;根据试验提出最大动剪切模量与围压间的拟合关系式并提供不同应力历史粉质黏土的拟合结果,为盐城以及相关沿海地区的工程设计和施工提供参考。

大港油田埕海海洋土动剪切模量与阻尼比试验研究

大港油田埕海区块是我国渤海湾海洋油气的重要产区,位于渤海湾西部沿海,属于地震高发区,因此,在该海域进行海洋工程设计建造时,必须根据工程场地的动剪切模量和阻尼比等动力学参数进行地震安全性评价。采用共振柱试验仪对大港埕海海域0~120 m不同深度的海洋土土样进行土体动参数测试与研究。研究发现埕海海洋土动剪切模量随着动剪应变的增大而降低、阻尼比随着动剪应变的增大而增大,同时发现围压与动剪切模量、阻尼比近似成线性关系等规律。相关研究成果可为海洋工程场地的设计、施工及抗震分析提供技术参考依据。

粉质粘土动剪切模量的试验对比研究

在100、200、300kPa三种固结压力下,分别进行了原状土样的循环单剪试验、扰动土样的动三轴试验。得到了最大动剪模量Gdmax和G/Gdmax-γ曲线,并进行了对比分析。结果表明:由循环单剪试验得到的原状土的最大动剪模量Gdmax比相同固结压力下的扰动土样的动三轴试验结果稍低,Gd/Gdmax-γ曲线也有一定差异,且随着固结压力的不同而变化。

CAS-1模拟月壤动剪切模量与阻尼比的试验研究

针对中国科学院地球化学研究所与国家天文台合作研制成功的CAS-1模拟月壤（国家标准试样）,利用GDS共振柱试验仪对模拟月壤开展动力学参数的试验研究,分析了不同孔隙比、不同围压对动剪切模量G及剪应变的影响规律。试验结果表明,在应力水平很低、孔隙比较大的真实月面环境条件下,动剪切模量G较小,阻尼比较大,且随着动剪应变的增大,动剪切模量快速减小,阻尼比急剧增大。采用Hardin-Drnevich模型,得到了不同孔隙比、不同围压下归一化动剪模量G/Gmax与归一化阻尼比/max随变化的平均拟合曲线,探讨了最大动剪切模量G max、最大阻尼比max和参考剪应变r等动参数与应力水平的相关关系式,并据此给出了月壤钻取采样深度（0~3 m）内G max、max和r的值域区间以及各剪应变对应的G/Gmax和的推荐值。

复合材料纵横剪切模量的有限元计算与试验对比研究

层合板(±45°/90°/0°)是准各向同性层合板,其刚度在板面内各个方向上都相同。使用计算软件,编写程序代码,运用有限元的方法,划分有限元网格,计算了层合板(±45°/90°/0°)的纵横剪切模量[1]。将计算结果与复合材料纵横剪切模量试验结果进行对比,得到数值模拟和试验结果之间的误差为0.89%,一致性很好,说明该计算方法可用于工程计算模拟。

最大剪切模量对土动力参数及地震反应的影响

最大剪切模量是影响土的动剪切模量比、阻尼比和土层地震反应的最重要参数之一。通常采用室内应变法来确定最大剪切模量,给出土的动剪切模量比和阻尼比,而采用现场剪切波速法求得的结果则很少见。研究了剪切波速法和应变法所确定的最大剪切模量对土动剪切模量比、阻尼比和土层地震反应的影响,推导了两种方法所确定的动剪切模量比和阻尼比之间的关系式。结果表明:最大动剪切模量对土的动剪切模量比、阻尼比和土层地震反应的影响很显著。

分散性土动剪切模量影响因素的试验研究

分散性土耐冲蚀性低、抗渗性能差,在纯水中具有很高的分散性,严重威胁水利工程的安全。在分散性土的鉴别和改性方面已有很多成果,但分散性土动力特性的研究见诸报端的还很少。利用日本诚研社生产的DTC-199型电液伺服加荷往复扭剪三轴仪,对取自宁夏某碾压均质土坝的分散性土的动剪切模量进行了探索。通过改变试样的含水率、干密度和围压等初始条件,研究分散性土在不同试验条件下的动力特性及剪切模量的变化规律,并进行对比分析。得出:分散性土的动剪应力-应变关系符合Hardin-Drnevich双曲线模型;控制初始条件,当其他条件相同时,含水率越低,动剪切模量越大;干密度越大,试样动剪切模量越大;围压越高,其动剪切模量越大;初始剪切模量及最大动剪应力的变化规律与之相似。动剪切模量随动剪切应变的增大普遍呈衰减趋势。

双向动荷载下黄土的动剪切模量特性研究

利用SDT-20型动三轴仪探究了黄土在双向动荷载下的动剪切模量特性。试验结果表明:初始循环偏应力和径向动荷载幅值对黄土的动剪切模量-动剪应变曲线没有明显影响,其对黄土的动剪切模量-循环次数曲线却有明显影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值越大,相同循环次数下黄土的动剪切模量越小。动剪切应变相等时,黄土的动剪切模量随固结比的增大而增大。双向动荷载作用下黄土存在临界循环偏应力,其值为0 k Pa。当循环偏应力小于临界值时,动剪切模量随动剪应变的增大而增大;当循环偏应力大于临界值时,动剪切模量随动剪应变的增大而减小。利用拐点动剪切模量折减的方式,并同时结合修正Hardin-Drnevich模型,实现了对黄土在双向动荷载下动剪切模量-动剪应变关系的描述。经验证,模型的适用性较好。

扭速对脆性材料强度和剪切模量的影响分析

以脆性材料为研究对象,通过扭转试验研究扭转速率对脆性材料的扭转强度和剪切模量的影响.首先对脆性材料发生扭转时表面的应力状态进行分析,通过扭断后不同的断口形态来判断断裂的原因;然后以脆性材料的典型代表材料铸铁试件进行分组扭转试验,得到不同扭转速率下铸铁试件的扭矩图和扭转数据;最后对其扭转强度和剪切模量进行分析,得出结论:当扭转速率从小开始增加时,由于在弹性范围内,材料仍具有弹性可以承受较大形变不会被破坏,因此剪切强度极限和剪切模量都会增加.然而当扭转速率超过了材料所能承受的弹性极限,材料就会变形而失去弹性,从而导致剪切强度极限和剪切模量减小.

常规土类动剪切模量比和阻尼比试验研究

采用共振柱自振试验方法给出国内常规上类动剪切模量比Ｇ／Ｇｍａｘ和阻尼比λ随动剪应变γ变化的平均曲线、推荐值和包线。使用的共振柱仪是由工程力学研究所原有共振柱改装而成，并经试验验证了改装后仪器的精度和可靠性。试验土类包括粘土、粉质粘土、粉土、砂土、淤泥和淤泥质土，土样来自国内十余个不同地区。采用折线双曲线拟合Ｇ／Ｇｍａｘ，λ随γ衰减关系，其中参数ａ和ｂ由最小二乘法对每次试验结果回归分析得到。对同类土，将所有ａ、ｂ值平均，用均值ａ和ｂ给出动剪切模量比和阻尼比与剪应变关系，从而得到了此类上 Ｇ／Ｇｍａｘ、 λ随γ变化曲线及推荐值。试验是在两种团结压力下进行，因而得到的结果分别适用于上体埋深小于１０ｍ和埋深１０ｍ～２０ｍ之间的两种情况。

筑坝堆石料的等效动剪切模量与等效阻尼比

采用新研制的高精度大型三轴仪 ,对若干堆石坝工程的十余种堆石料进行了等效动剪切模量与等效阻尼比试验 ,在对本文试验结果和国内外 8座堆石坝现场弹性波试验结果进行综合分析的基础上 ,给出了最大等效动剪切模量的估算式及归一化等效动剪模量、等效阻尼比与动剪应变幅依赖关系的范围 .对试验资料不充分的情况 ,按本文建议的公式或取值范围对堆石材料的动力参数进行估算 。

不同地区原状黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

黄土在我国具有明显的区域分布特征,从空间平面上把握其动力特性参数的分布规律具有一定的现实意义。以不同含水率与不同应力状态下兰州、洛川、杨凌地区原状黄土为研究对象,进行动扭剪三轴试验,测定了黄土的动剪切模量与阻尼比的变化规律。结果表明,兰州、洛川、杨凌地区原状黄土的动剪切模量随动剪应变的增加而逐渐减小,且减小的幅度越来越小;含水率与固结应力对兰州、洛川、杨凌地区原状黄土的动剪切模量与初始动剪切模量影响显著;在相同含水率和固结应力下,兰州、洛川、杨凌地区原状黄土的初始动剪切模量在地理空间分布上具有一定的规律性,兰州地区黄土最小,洛川地区黄土次之,杨凌地区黄土最大,即从西北向东南方向增大;兰州、洛川、杨凌地区原状黄土的阻尼比总体上随动剪应变的增大呈现上升趋势,且三个地区原状黄土的阻尼比随动剪应变的增长速率也存在区域性差异,兰州地区黄土最大,洛川地区黄土次之,杨凌地区黄土最小,即从西北向东南方向减小。