非等向固结下砂土最大动剪切模量增长模式及Hardin公式修正

采用共振柱试验方法,提出了一个非均等固结下砂土最大动剪切模量新的增长公式。试验和分析结果表明,描述非均等固结对最大动剪切模量影响较为合适的方式是以幂函数模式建立非均等固结下最大动剪切模量相对于均等固结下最大动剪切模量的增量ΔGm/G0,m和固结比的增量kc-1 之间的关系,即ΔGm/G0,m=C·(kc-1)B。系数B 是一个远小于1 的数,表明最大动剪切模量在kc 接近1 时增长较快,在kc继续增大时增长变慢并趋于平缓,不同于Hardin 公式中最大动剪切模量与kc 间近似直线的增长关系。对文中的两种砂,系数C 为0.55-0.74,表明非均等固结对土最大动剪切模量有重要和不可忽视的影响,kc>1 下最大动剪切模量较kc=1 时增长的程度明显比Hardin 公式要大。

饱和粉质黏土最大剪切模量测试的对比研究

针对黄河下游冲积流域广泛分布的粉质黏土,利用现场波速测试法、室内测试法或者反推法、Hardin公式推导等,研究了不同测试方法得到的土的最大剪切模量,并对测试方法和测试结果进行了对比。研究表明:弯曲元测试系统采用峰-峰法确定剪切波的传播时间,更加准确和直观;若采用动三轴中应力应变滞回圈变化反推计算土的最大动剪切模量时,应变越小计算结果越真实;若采用Hardin公式计算土的最大动剪切模量时,应充分考虑土的应力历史影响;Hardin公式能够较好地模拟弯曲元和现场波速测试结果,在土的动剪切模量比计算时,应根据现场波速测试结果或者Hardin公式计算结果对动三轴反推结果进行修正。

非等向固结砂土极小应变刚度的超弹性模型

反映砂土极小应变刚度的 Hardin-Richart 公式主要是基于等向固结的实验数据,但是天然土体基本都是处于非等向固结状态。实验研究表明,随着非等向程度的加深,Hardin-Richart 公式对土体刚度的估算偏差越大,误差最大可超过 20%。3 种类型的超弹性模型能够反映土体极小应变刚度随应力水平增大而增大的幂律关系,但仅有 HE1 模型具有弹性剪胀等特殊的正剪耦合特性,对土体非等向固结状态下的刚度规律趋势预测正确。HE1 模型对土体非等向固结状态下的刚度规律预测结果受到其参数取值的影响,但总体而言与实验结果总结的规律一致。

湛江黏土动剪切模量的结构损伤效应与定量表征

湛江黏土是一种具有高结构强度的灵敏性黏土,其强度包络线在固结围压达到结构屈服应力时存在明显转折,为了考察小应变条件下该黏土的动剪切模量随围压水平演化规律,开展了原状样与重塑样在不同围压水平下的共振柱试验与三轴CU试验,探讨考虑土体结构性损伤影响的动剪切模量表征方法。结果表明,重塑土最大动剪切模量G_(max)随有效围压的变化可用Hardin公式很好表征,而原状土G_(max)随有效围压的变化呈现先增大后减小特征,其转折点对应围压大于结构屈服应力,但最大动剪切模量与不排水剪切强度比值或经孔隙比函数归一化后的最大剪切模量随有效围压变化的转折特征点与结构屈服应力相当。出现上述现象的缘由在于该黏土G_(max)同时受土体压硬性的正效应与结构损伤的负效应双重影响,当固结压力小于结构屈服压力时,正效应占主导,反之则相反。针对Hardin公式未考虑结构性损伤的影响与难以延伸极端应力水平的不足,提出具有更广适宜性的描述模式。基于不同固结压力下该黏土的静刚度与微观结构演变性状,阐明了结构性损伤对其动剪切模量影响的物理机制,并间接印证了提出表征公式的合理性。

基于改进RBF神经网络的最大动剪切模量确定

采用径向基函数(RBF)神经网络的手段,直接建立最大动剪切模量Gmax与孔隙比e、围压σ3、固结比kc这3个影响因素的非线性关系,避开了寻找Gmax与各影响因素之间定量经验公式的繁琐工作。通过模式搜索法计算出径向基函数的扩展速度的最优值,使模型的预测误差最小。以福建标准砂为例,模式搜索法得出的扩展速度SPREAD最优值为2.287,RBF网络预测的Gmax平均相对误差为0.931 6%,误差很小,说明RBF神经网络能方便、有效地确定不同条件下的Gmax,具有一定的推广利用价值。除了对Gmax能够很好地预测外,RBF网络对G-γ关系曲线也能很好地模拟。