Study on one—dimensional consolidation of saturated soil with semi—pervious boundaries and under cyclic loading

The variation of effective stress ratio of stratfied soil with semi pervious boundaries and under cyclic loading was analyzed on the basis of Terzaghi's one dimensional consolidation assumptions. A solution by Laplace Transform was obtained for the case when the soil was under time varied loading. With numerical inversion of Laplace Transform, some useful results were obtained for several kinds of commonly encountered loadings. The results can be meaningful in engineering practice.

橡胶砾石级配对筋土界面循环剪切特性的影响

橡胶砾石作为基础填料,具有低剪切刚度、高阻尼比的特性。为了研究土工格栅-橡胶砾石的循环剪切特性,利用室内动态直剪仪进行了一系列直剪试验,分析了4种橡胶砾石颗粒级配(级配不良GR1、GR4,级配良好GR2、GR3)、3种橡胶配比(10%、30%、60%)、3种竖向应力(30、60、90 kPa)下土工格栅-橡胶砾石界面的剪应力-剪切位移关系和体变特性。试验结果表明:在循环剪切过程中,各橡胶砾石级配均表现出剪切硬化的特点,但其抗剪强度与纯砾石相比均出现不同程度的降低;橡胶砾石抗剪强度随着竖向应力的增加而增大,4种级配土中GR2表现出最高的抗剪强度,但相较于纯砾石其抗剪强度约下降9%;界面最大竖向位移与竖向应力和橡胶含量成正相关,2种连续级配土GR2和GR3的界面竖向位移较小;在同一颗粒级配下,剪切频率和剪切位移幅值越大,混合土界面峰值剪应力越大;筋土界面剪切刚度随着循环次数的增加而增大,随着橡胶含量的增大而减小,而阻尼比与剪切刚度呈相反的规律。

橡胶-粉土混合土动力特性试验研究

【目的】为了解橡胶颗粒掺入粉土中对其动力特性的影响,对橡胶粉土混合土进行动力特性研究。【方法】将不同体积分数(0%、5%、10%、20%)的橡胶颗粒掺入粉土试样中,在不同竖向应力作用下,采用GDS动态循环单剪试验系统,对混合土的动剪切模量和阻尼比进行研究。【结果】混合土的动剪切模量随竖向应力的增大而增大,随橡胶颗粒体积分数和动剪应变的增大而减小;阻尼比随竖向应力的增大而减小,随动剪应变的增大而增大;橡胶颗粒体积分数对阻尼比的影响分为两个阶段,在动剪应变小于0.1%时,阻尼比随着橡胶颗粒体积分数的增大而增大,而在动剪应变大于0.1%时,阻尼比随着橡胶颗粒体积分数的增大而减小。【结论】本研究结果可为废旧轮胎橡胶颗粒在实际工程中的应用提供参考。

循环荷载下粉煤灰群桩复合地基承载性能试验研究

在不同的循环荷载比和循环次数下进行循环荷载室内模型试验,从桩顶累积沉降、桩身应力、桩间粉煤灰应力和桩土应力比等方面分析循环次数和循环荷载比等因素对粉煤灰复合地基承载特性的影响。在循环荷载作用下,桩顶累积沉降与循环荷载比呈非线性相关关系,桩顶累积沉降曲线主要分为稳定型和发展型等2种变化形态;随着循环次数的增加,桩身应力和桩间粉煤灰应力均呈现先增大后稳定的趋势;当循环次数超过临界次数时,桩土应力比的减小速率将出现收敛;循环荷载比的增大会导致土拱效应发挥不稳定。

基于静力触探测试的国内外砂土液化判别方法

在砂土或粉土分布广泛的地区,地震液化是导致地基失稳和上部结构受损的直接原因之一。因此,判定地基土液化可能性是抗震勘察设计中的一个重大课题。由于获得高质量"未扰动"砂土样的困难和试验成本的限制,基于静力触探(CPT)的原位测试方法通常用于砂土液化势的评价。孔压静力触探(CPTU)作为一种新型的原位测试技术,采用其测试指标进行砂土液化势的评价日益受到人们的重视。目前,基于CPT测试资料已经提出了许多砂土液化势的评价方法,但国内外采用CPT判别砂土液化的方法是不同的。在对我国《建筑抗震设计规范》(GB50011–2001)中砂土液化判别方法与国外修正的Seed简化法的原理、方法及参数进行分析的基础上,将其2种方法进行比较,进而讨论了2种方法的差异。由于这些差异的存在,采用不同方法判别砂土液化可能性时会得出不同的、甚至是相反的结果。结合济宁—徐州高速公路砂土场地的CPT和CPTU测试资料,采用我国规范判别法、Seed简化法进行了液化判别分析,并进行了对比验算。其中Robertson法与Olsen法所得到的结论基本一致,而且Robertson法似乎比Olsen法稍微精确一些,而采用规范法所判定的结果偏于保守,这与锥尖阻力基准值的取值大小有关。

循环荷载作用下水泥复合土变形性状试验研究

通过复合土体的动三轴试验 ,研究了循环荷载作用下循环应力比、加荷周数和围压对复合土体轴向应变的影响。

加载条件对土拱效应影响的Trapdoor模型试验研究

土拱效应是一种土中应力的重分布现象,它是由土与土中结构物间刚度的差异而引起的。目前关于循环荷载对于土拱效应影响的研究十分有限。使用铝棒相似土代替砂土作为填料,通过自制的模型试验装置进行了土体自重、表面静荷载及循环荷载作用下的平面应变Trapdoor模型试验,利用土拱率作为土拱效应强弱的衡量指标,对比研究了不同加载条件对土拱效应的影响,并将试验所得结果与前人的研究成果进行了对比验证。结果表明,静荷载与循环荷载均会削弱已有稳定"土拱",削弱程度随荷载幅值及频率的增大而增大,随荷载作用面积的增大而减小。相同荷载水平下,循环荷载对土拱效应的削弱较静荷载更强,两者间的差异随荷载幅值的增大而减小,随荷载频率的增大而增大,且峰值荷载下的差异小于零荷载下的差异。总体而言,Evans提出的土拱率计算公式能够较好地用于土体自重及静荷载作用下的Trapdoor试验中土拱率的预测,而对于循环荷载作用下的情况,还有待对计算公式进行进一步地改进。

昆明泥炭质土动剪切模量与阻尼比的试验研究

利用DDS-70型动三轴仪开展了昆明盆地泥炭质土的动力学参数试验研究,分析了不同围压、固结比、振动频率对泥炭质土的最大剪切模量G_(max)、动剪切模量G_d、剪切模量比G_d/G_(max)及阻尼比λ的影响规律。试验结果表明:泥炭质土的G_(max)随围压和固结比呈线性增大。随着剪应变dg的增大,泥炭质土的G_d减小,λ增大,当剪应变较小时,变化幅度较小,剪应变增大到一定程度后,变化速率加快。相同剪应变下,G_d随着围压和固结比的增大而提高。不同围压、固结比及振动频率下的G_d/G_(max)变化较小。围压、振动频率对λ的影响较为明显,而固结比对λ的影响没有明显的倾向性。根据试验结果,建立了考虑围压和固结比影响的G_(max)回归方程,采用Davidenkov模型及依据阻尼比与剪应变的经验关系,得到了泥炭质土的动剪切模量比及阻尼比模型,拟合结果显示,建立的模型能较好地描述泥炭质土的模量阻尼比随剪应变的变化规律。进一步对比分析了不同地区泥炭质土以及不同土类的模量阻尼比特性的差异性。

筋—土界面循环剪切刚度和阻尼比的试验研究

为了研究筋—土界面在遭受动力作用时的表现,利用大型直剪仪对土工格栅、土工编织布、土工无纺布和砂土界面进行了一系列循环剪切试验,得到了不同工况下界面的剪切刚度和阻尼比,并探究了循环次数与剪切刚度和阻尼比之间的规律。研究结果表明,同一循环次数时格栅—土界面的循环剪切刚度最大,土工编织布—土界面的阻尼比最大;剪切位移幅值为3 mm时3种竖向应力下界面都呈现出循环剪切硬化的特征,随着循环次数的增加,各竖向应力下的界面阻尼比有趋于某一值的趋势;砂土密实度越大,同一循环次数对应的剪切刚度越大,阻尼比越小,且随着循环次数的增加3种砂土密实度的界面阻尼比有趋于同一值的趋势;循环剪切位移幅值为5 mm的界面发生循环剪切软化现象,剪切位移幅值越大,界面同一循环次数的阻尼比也越大。

双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼变化规律试验研究

通过GDS双向动三轴系统对双向激振循环荷载作用下饱和软黏土的动模量与阻尼变化规律进行研究。结果表明:随着径向循环应力增加,孔压比增加,双向激振对孔压的影响仅限于对初始孔压的提高,且初始孔压提高的幅度近似与径向循环应力相等;双向激振对门槛循环应力比的影响不明显;径向循环应力对动模量与阻尼的变化规律有显著的影响,在动应变一定的情况下,随着径向循环应力比的增加,动模量降低,阻尼比增加。随着径向循环应力的增加,小应变弹性模量随之减小,且近似与径向循环应力比成线性关系,据此实现了Hardin公式的修正,建立了双向激振下小应变弹性模量经验模型。径向循环应力及围压对(Ed/Edmax)-εd及(D/Dmax)-εd关系曲线影响不明显,通过对双曲线型模型修正,建立双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼随动应变变化的经验模型。

基于能量法的尾矿土动孔压模型研究

通过应力控制式动三轴不排水循环剪切试验,对饱和尾矿土在循环应力比、轴–径向固结应力比等因素下孔隙水压力与累积能量耗散关系进行研究。研究结果表明孔隙水压力增长与塑性应变累积能量耗散和土体黏滞累积能量耗散密切相关。当循环应力比cR介于0.205～0.238、轴–径向固结应力比cK介于1.0～1.3时,孔隙水压力–能量之间存在临界状态。通过非线性回归分析初步建立了循环应力比和轴–径向固结应力比条件下饱和尾矿土的孔隙水压力能量模型,从变化机理上阐述孔隙水压力的变化规律并消除了周次的不确定性对于孔隙水压力模型的影响,对预测循环荷载作用下饱和土的孔隙水压力具有借鉴意义。

粉土循环累积应变和残余动模量的试验研究

粉土地基上建造的铁路或公路在交通荷载作用下易产生各种病害,导致基础设施不能正常工作。为研究交通循环荷载作用下粉土的累积变形和动力性能,针对钱塘江粉土开展一系列的循环三轴试验,探讨土体物理条件(相对压实度、含水率)和应力特征(频率、围压、动应力比)等对粉土累积轴向应变、动模量和阻尼比等的影响。试验结果表明,钱塘江粉土的临界动应力比约为0.11,当轴向动应力小于临界动应力时,粉土的动模量变化很小,相应的累积轴向应变也很小;当动应力超过临界动应力后,土样的动模量快速下降,残余动模量约为初始弹性模量的20%,同时,动模量和阻尼比随着累积轴向应变(或名义振次)的发展变化显著。粉土的动模量和阻尼比在归一化后可得到统一规律:在轴向应变(或名义振次)小于一定值时,动模量几乎不变,而后呈指数形式衰减,最终趋于稳定值;粉土阻尼比随着轴向应变(或名义振次)的发展呈指数关系增长。

一种测试动三轴试样泊松比的方法

利用非接触式位移传感器研制了一套测量动三轴试样径向变形的装置。针对试样两端透水石对试样径向变形的约束,推导了对实测径向变形的修正关系。利用径向与轴向变形测量装置,就可以依据实测动三轴试样的轴向与径向变形确定其泊松比。通过橡胶、饱和细砂、饱和软粘土试样固结不排水动三轴试验与结果分析,说明利用这里提出的方法可以比较客观地确定动三轴试样的泊松比。这里的研究结果还表明,固结后的饱和三轴土样在不排水条件下受振动应力作用时,当其轴向动应变从10-5增大至10-3时,泊松比的变化基本为一常数,且与固结压力的大小无关,将其取为接近0.5是合理的。

三明治形加筋土筋-土界面动力剪切特性

三明治形加筋土是一种在黏土中加入加筋砂层形成的混合填料形式的新型加筋土。为了研究不同条件下三明治形加筋土筋-土界面的动力剪切特性,采用大型直剪仪对三明治形加筋土进行了一系列循环剪切试验,研究了不同薄砂层厚度、循环剪切幅值和竖向应力对界面剪切特性的影响。试验结果表明:筋-土界面的剪应力峰值随着循环次数的增加而增加,循环周次为10时,薄砂层厚度为5、6、7、8、9 mm的条件下,筋-土界面的剪应力峰值分别为24.84、27.4、27.94、26.33、24.68 kPa,表明薄砂层厚度为7 mm时,筋-土界面在循环剪切阶段的峰值剪应力最大;剪切幅值越大,界面循环剪切的最终剪缩量越大,同一循环次数对应的剪切刚度和阻尼比越小;在不同竖向应力下,界面在循环剪切过程中都发生了循环剪切硬化现象,循环周次为10时,竖向应力为30、60、90 kPa的条件下,筋-土界面的剪应力峰值分别为20.4、25.14、32.96 kPa,表明剪应力峰值随竖向应力的增大而增大,同一循环次数对应的剪切刚度也随竖向应力的增大而增大。

单向循环荷载作用下饱和软黏土的性状研究

模拟交通荷载的作用,对珠江三角洲地区的高液限饱和软黏土和低液限饱和软黏土分别进行单向加载的循环三轴试验,研究饱和软黏土在压缩循环荷载下的轴向累积应变和累积孔压的发展情况,并充分考虑轴向循环压力大小、围压与塑性指数等因素对饱和软黏土性状的影响。试验结果表明:(1)单向循环荷载作用下,饱和黏土存在着临界循环应力,对于同一种土、不同围压下的临界循环应力,可引入临界循环应力比,用饱和黏土在各个围压下的不排水强度对临界循环应力进行归一化处理。(2)临界循环应力比的大小与饱和黏土的塑性指数有关,塑性指数越大,临界循环应力比越小。(3)循环应力大于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是破坏型的。(4)循环应力小于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是衰减型的,在相同的加载条件下,塑性指数大的试样累积变形和累积孔压均比塑性指数小的累积变形和累积孔压发展得快。(5)在单向循环荷载作用下,饱和黏土破坏时,孔压均没有达到围压值,只有围压的60%～70%。该研究成果可为交通荷载作用下软土地基沉降分析提供有益的参考。

原状海洋土动泊松比的试验研究

利用空心圆柱扭剪(HCA)仪,针对原状海洋粉质黏土,通过循环三轴及循环扭剪试验,得出相应的杨氏模量、剪切模量和动泊松比,探讨了有效固结围压、固结应力比对动泊松比的影响。试验结果表明:土体的动泊松比随着广义剪应变的增大而增大;有效固结围压、固结应力比均对动泊松比有显著的影响,动泊松比随着有效固结围压、固结应力的增大而逐渐减少;且随着广义剪应变的增大,两者对动泊松比的影响减小,当广义剪应变增大到1.8×10-2左右,试验终止,此时土体动泊松比约为0.48。试验中未出现动泊松比大于0.5的现象,说明土体未出现剪胀现象,试验所采用的粉质黏土在循环荷载作用下具有较好的稳定性。

循环荷载下圆柱形桩与楔形桩复合地基工作性状对比试验研究

为探讨循环荷载作用下夯实水泥土圆柱形桩与夯实水泥土楔形桩复合地基工作性状的差异,通过室内模型试验,并在桩顶及桩周土表面埋设微型土压力盒,进行循环荷载下夯实水泥土圆柱形桩和楔形桩的4桩复合地基及单纯软土地基工作性状对比试验,探讨循环应力比和加载周数对夯实水泥土圆柱形桩和楔形桩复合地基永久沉降、桩-土应力比的影响规律。研究软土地基加固方法对永久沉降和桩-土应力比的影响,揭示了循环应力比与桩-土应力比的关系。研究结果表明:采用夯实水泥土桩加固软土地基,能提高地基的临界循环应力比,增强地基抵抗循环荷载的能力;在相同的加荷周数和循环应力比的加载条件下,采用夯实水泥土楔形桩加固软土地基对降低地基永久沉降的效果比采用夯实水泥土圆柱形桩的效果要好,且楔形桩的楔角越大,降低永久沉降的效果越明显。循环应力比越大,桩-土应力比越大;桩-土应力比随楔形桩楔角的增大而增大,随加载周数的增加而降低,并存在一临界加载周数;当加载周数小于临界周数时,桩-土应力比随加载周数迅速降低;当加载周数超过临界周数时,桩-土应力比几乎不随加载周数的变化而变化。

饱和场地土动力特性试验研究

在工程实际中认为饱和度超过80%即为饱和土,但在室内土工试验中制作的土样饱和度达95%以上,后者经过试验测定,动力参数与前者实际上有一定差异。在50,100,200 kPa三种固结压力下分别对饱和度为95%,92%,88%,83%的饱和土样进行了循环单剪试验,得到了4种土样在3种固结压力下的最大动剪模量Gdmax和最大阻尼比Dmax,以及动剪模量比G/Gdmax-γ和阻尼比D/Dmax-γ归一化数值,并进行了对比分析。结果表明:在同一固结压力下,土样的Gdmax,Dmax,G/Gdmax随着饱和度增大有相对递减的趋势,而阻尼比D/Dmax数值随着饱和度加大而逐渐增加;随着固结压力的增大,4种土样的Gdmax,Dmax以及G/Gdmax-γ(γ为动剪应变)数值上差异逐渐减小。最后对此种现象进行了讨论并分析其产生的原因。

泡沫塑料混合轻质土在循环荷载下的力学性质

泡沫塑料混合轻质土是一种性质优良的轻质土,能够有效提高路基稳定性,减小路基的沉降。材料在道路循环荷载下的强度低于静力强度,以静力强度作为设计参数偏于危险。通过室内试验研究了循环荷载下泡沫塑料混合轻质土的力学性质,发现在循环荷载下泡沫塑料混合轻质土的应力应变关系有稳定型和破坏型两种,临界加载比建议取0.75,即在循环荷载下的强度宜取为无侧限抗压强度的0.75倍;破坏应变大于一次加载的情况,且随加载比的增加而减小;回弹曲线和再压缩曲线斜率相近,而且随循环次数的增加基本不变。

半透水边界的粘弹性土层在循环荷载下的一维固结

基于Terzaghi一维固结假设,研究分析了半透水边界的粘弹性土层在循环荷载下的一维固结问题。利用Laplace变换,得到了随时间任意变化的荷载作用下的解答,并结合数值Laplace逆变换,对几种常见的荷载进行了讨论,得到了一些有益的结论,可以用于指导工程实践。