Dynamic properties of composite cemented clay

In this work, the dynamic properties of composite cemented clay under a wide range of strains were studied considering the effect of different mixing ratio and the change of confining pressures through dynamic triaxial test. A simple and practical method to estimate the dynamic elastic modulus and damping ratio is proposed in this paper and a related empirical normalized formula is also presented. The results provide useful guidelines for preliminary estimation of cement requirements to improve the dynamic properties of clays.

单双向循环荷载作用下砂砾料动模量和阻尼比试验研究

通过大型振动三轴试验,研究了单双向循环荷载作用下砂砾料动弹性模量和阻尼比的变化规律,分析围压和径向循环动应力对砂砾料动力参数的影响。研究结果表明:在双向振动三轴试验中,砂砾料的轴向动应变受径向动应力的影响较小,动应变主要与施加的轴向动应力大小有关;单双向振动下砂砾料的动弹性模量均随着动应变的增大而逐渐降低,双向振动时砂砾料动弹性模量随动应变的衰减速率基本不变,在相同动应变下双向振动的动模量均低于单向振动;砂砾料在双向振动时的阻尼比大于单向振动,双向振动时消耗的动应变能更大。通过对两种试验条件下的最大动弹性模量、动模量比进行分析,建立了表述单双向试验条件下最大动弹性模量的换算关系式和双向振动试验中动模量比和动应变的修正模型。

不同温度条件下相变石蜡力学性能分析

对3种不同相变温度的石蜡材料(PCM-28、PCM-18和PCM-10)在不同温度下的基本力学性能参数进行了系统的压缩实验,计算出对应的弹性模量和泊松比。结果表明:PCM-18和PCM-10的抗压强度随温度的降低而有所提高,但PCM-28的抗压强度随温度的降低反而呈现出下降趋势。在单轴压缩条件下PCM-28和PCM-18的应力-应变曲线主要经历了压实阶段、弹性变形阶段、裂纹扩展阶段和裂纹后破坏阶段4个明显阶段,最终表现为脆性破坏。PCM-10在经历压实阶段和弹性变形阶段后进入塑性阶段,曲线发展近似水平,且整个过程无明显裂纹出现。

雄安新区粉质黏土的动力特性试验研究

为分析雄安新区粉质黏土的动力特性,采用GDS多功能动态循环三轴试验系统,对雄安新区粉质黏土进行14种工况(不同围压、固结比和加载频率)下的动三轴试验,深入分析了动骨干曲线、动弹性模量、动剪切模量、阻尼比等在不同工况下的变化规律及相关参数。试验结果表明:随动应力幅值的增大,动应变呈非线性增长,且存在某一临界动应力值;随动应变的增大,动模量逐渐减小,且减小速率先快后慢、最后趋于稳定;随动剪应变增长,阻尼比呈非线性增长,且阻尼比最大值不超过0.12;随围压与固结比增大,动强度和动模量均明显增大;围压与固结比对阻尼比影响较小,具有归一性特征;随频率增大,动应力幅值、动弹性模量增大,但增长幅度并不明显。综合分析三变量对雄安新区粉质黏土动力特性的影响程度得出:围压影响最大、固结比次之、加载频率最小。

不同固结条件下尾矿粉质黏土动力变形特性分析

利用GDS振动三轴试验系统,针对四川省某尾矿库的尾矿粉质黏土料,基于不同固结条件开展振动三轴试验,研究尾矿粉质黏土在分级循环荷载下的变形特性,基于不同固结条件对尾矿粉质黏土各动力变形特性参数的变化情况进行对比分析。结果表明:当固结围压σ_(3)和固结比Kc不断变大时,尾矿粉质黏土的各动力变形参数呈现出明显不同变化趋势,阻尼比λ会持续变小,动弹性模量E_(d)与动剪切模量G_(d)不断增大;在动应变ε_(d)不断增大的过程中,阻尼比λ会相应升高,但动弹性模量E_(d)与动剪切模量G_(d)却显著下降,动弹性模量比E_(d)/E_(dmax)逐渐减小,表明动弹性模量逐渐衰减,且衰减过程呈三段式;固结压力σ_(3)和固结比Kc的增大可以减缓动弹性模量E_(d)的衰减。采用沈珠江动本构模型对试验结果进行拟合,获得相关模型参数。

重载铁路基床级配碎石动弹性模量及颗粒破碎试验研究

针对级配碎石的动力特性以及颗粒破碎性质,采用室内动三轴试验,研究其在循环荷载作用下循环应力比(cyclic stress ratio,CSR)、围压以及加载次数对累积动应变、动弹性模量、颗粒形状系数和颗粒破碎的影响。研究结果表明,不同CSR条件下,加载次数达到10000次时,累积动应变基本完成。随着加载次数的增加,不同CSR下的动弹性模量逐渐减小,滞回圈面积逐渐增加后保持稳定。低围压下,CSR对动弹性模量影响不显著,动弹性模量增加幅度较少;高围压下,动弹性模量随着CSR的增加而增长较大。循环荷载作用下,颗粒破碎方式主要为研磨;颗粒粒径越大,试验后的颗粒形状系数球度越大,颗粒越靠近球形,其轮廓线越圆滑。当CSR小于0.3时,影响颗粒破碎的主要因素为动应力大小,而围压影响不显著;当CSR大于0.3时,颗粒破碎主要因素受动应力和围压共同影响。

全沙漠砂混凝土的动弹性模量研究

为了考察细骨料为沙漠砂的全沙漠砂混凝土(Full Desert Sand Concrete,FDSC)的抗变形能力,本文研究了不同水胶比下FDSC的动弹性模量,运用回归分析建立了FDSC动弹性模量与水胶比的相关性模型。结果表明:采用合理的配合比可以制备和易性良好的FDSC;FDSC与普通混凝土具有相近的动弹性模量,细骨料粒度变细以及颗粒增多,并没有降低FDSC的动弹性模量;沙漠砂具有数量更多的小中心质效应,分散和均匀了混凝土中胶凝材料浆体,使水化产物分布更加均匀,骨料界面过渡区连结更加牢固,混凝土基体结构更加致密,故FDSC的抗变形能力与普通混凝土相近;FDSC的动弹性模量(y)与水胶比(x)符合y=-32.695x+58.128函数关系的模型,且在显著性水平α=0.01下相关性显著,据此可以估算FDSC的动弹性模量。

Cl^(-)浓度对MgSO_(4)溶液侵蚀混凝土的损伤影响

采用长期自然浸泡方法,对混凝土在MgSO_(4)及MgSO_(4)+NaCl溶液中的损伤进行研究,观察混凝土在侵蚀溶液的破坏形态,并测定了混凝土在不同侵蚀龄期的相对动弹性模量与质量变化,结果表明:混凝土在Mg^(2+)+SO_(4)^(2-)侵蚀下的破坏形态为粉化、腐蚀坑点等现象,Cl^(-)的存在减弱了混凝土表面的破坏现象;NaCl的存在不改变硫酸镁侵蚀混凝土的变化规律,但是氯盐的存在减缓了硫酸镁溶液对混凝土的腐蚀,并且随着氯盐浓度的增大减弱作用越明显;混凝土在Mg^(2+)+SO_(4)^(2-)+Cl^(-)复合溶液作用下其质量变化初期缓慢后期快速增加的趋势,并且在侵蚀初期Cl^(-)存在延长了混凝土表面破坏的时间,提高了混凝土抵抗盐溶液侵蚀的能力。

循环荷载下花岗岩动力响应及本构模型

利用真三轴试验机,对尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的花岗岩试样进行了循环荷载下的试验研究,探究非破坏状态下不同围压、动载频率、动应力幅以及循环周次下花岗岩动弹性模量以及动阻尼比的变化规律,并将所得数据进行对比分析。试验结果表明:花岗岩动弹性模量随围压线性增长,动阻尼比随围压线性递减,动弹性模量增幅逐渐变大;花岗岩动弹性模量随动载频率指数增长,动阻尼比随动载频率幂函数增长,在20 Hz的动载频率下岩石内部活动较为剧烈,动载频率对岩石的影响程度较大;动弹性模量随动应力幅二次函数增长,动阻尼比随动应力幅幂函数减小,动阻尼比变化受到岩性影响;改进邓肯-张模型很好地反映了花岗岩在不同作用下岩石动态本构关系。该试验得到的模型可为后续动力特性的反演提供参考。

黄泛区非饱和粉土动模量和阻尼比特性研究

黄泛区粉土水敏感性强,力学性质独特,易受振动荷载的影响。本文通过循环三轴试验,研究固结围压和饱和度对黄泛区粉土动模量、阻尼比特性的影响。研究结果表明,黄泛区粉土骨干曲线符合双曲线关系;随动应变的增大,黄泛区粉土动弹性模量先急剧减小而后逐渐趋于稳定;随固结围压的增大和饱和度的减小,粉土动弹性模量逐渐增大,阻尼比则逐渐减小;二元线性方程可用于估算最大动弹性模量随固结围压和饱和度的变化规律,修正Hardin-Drnevich模型可较为准确预测黄泛区非饱和粉土的动弹性模量和阻尼比。本研究可为黄河流域工程建设提供理论支撑。

纳米CaCO_(3)影响下重塑软黏土动力特性及微观孔隙结构研究

为研究循环荷载下纳米CaCO_(3)重塑软黏土的动力特性与微观形态,进行GDS动三轴、NMR试验,分析其动应力-动应变、动弹性模量、阻尼比及微观孔隙变化规律。结果表明:随着纳米CaCO_(3)掺量增加、围压增大,软黏土的动应变逐渐减小,动弹性模量逐渐增大;固结应力比增大使纳米CaCO_(3)重塑软黏土动应变先减小后增大,动弹性模量先增加后减小;围压和固结应力比的提高均可有效降低软黏土的阻尼比;软黏土滞回耗能与动应变呈现明显的非线性关系;纳米CaCO_(3)重塑软黏土T2分布曲线主峰峰值及峰面积相比于素软黏土显著降低,孔隙比减小使土体结构更加稳定。所进行的纳米CaCO_(3)重塑软黏土动力特性研究,可为实际工程提供参考。

轮胎颗粒混合土动力特性参数影响规律试验研究

废旧轮胎碎片颗粒与砂土混合用作路基或挡墙填料、建筑物基础隔震体系等具有质轻、土压力小、减震隔振效果好、耐久性优良、费用低廉的特点。通过室内数字化动三轴试验，重点对比研究了废旧轮胎颗粒含量及围压对混合土及纯砂土动强度、动弹性模量和等效阻尼比等主要动力特性参数的影响规律。结果表明，在相同围压和动剪应力比条件下，混合土动强度相对纯砂土略有降低（最大降低量约20 kPa，即约8%）；所有配比混合土动弹性模量均小于纯砂，且减小效果显著，最大减小量约22 MPa（即约60%）；混合土等效阻尼比先随轮胎颗粒含量的增大而增加，之后又随之减小，临界含量值介于30%～40%之间，混合土等效阻尼比相对纯砂土最大增加量约91%。结果证实，混合土剪切刚度有效降低，可以发挥减震隔振的优势。

常幅循环荷载作用下岩石的滞后及阻尼效应研究

通过花岗岩常幅循环加载试验,分析岩石的非线弹性滞后特性。卸载阶段,应变相位滞后于应力相位,加载阶段,应变相位可能滞后、相等或超前于应力相位。研究结果表明,加卸载中阻尼效应的差异引起变形曲线的畸形,变形-时间曲线变成一条上宽下窄的非正弦曲线,而塑性变形的累积使平均应变水平线逐渐上移,因此出现应变相位超前于应力相位的现象。基于应变相位与应力相位的关系,探讨滞回圈可能存在的形态,若应变相位始终滞后于应力相位,滞回圈呈椭圆形;若加载段中应变相位超前于应力相位,则呈新月形;若既有滞后又有相等和超前的情形,则呈长茄形。将岩石视为黏弹塑性材料,讨论动弹性模量和阻尼比的计算方法,给出两者的修正计算式。利用试验数据分析动弹性模量和阻尼比的演化规律,结果表明,动弹性模量的演化与应力水平密切相关,成线性或倒S型发展规律;而阻尼比则取决于动弹性模量以及滞回圈面积的大小,演化曲线呈U形或L形。

循环荷载下岩石变形参数和阻尼参数探讨

对取自一拟建核电站地基的细砂岩,在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行低周循环荷载试验,研究循环荷载下细砂岩的纵横向变形特征,探讨循环荷载周次及动应力幅值对细砂岩动弹性模量、动泊松比、阻尼比和阻尼系数的影响,及与其相互关系。结果表明,相同应力下纵向应变高于横向应变;低幅值应力下,随循环荷载周次增加,纵向应变增量高于横向应变增量,但高幅值应力下则相反;横向应变滞回环的卸载阶段应力–应变曲线与纵向应变滞回环的加载段和卸载段均表现出向下突出的变化特征,但横向应变滞回环的加载段则相反;随动应力幅值增加,细砂岩动弹性模量和动泊松比分别呈抛物线递增和线性递增,阻尼比和阻尼系数均按幂函数律递减,由第16周次动应力滞回环得到的阻尼参数可表征测试岩石的阻尼特征;阻尼比和阻尼系数均随循环荷载周次增加线性递增,对应低幅值动应力下的增量大于高幅值动应力下的增量。

循环荷载作用下岩石阻尼特性的试验研究

对2组红层泥质粉砂岩在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行单轴4级循环加卸载试验。试验加载波形采用正弦波,频率3Hz,循环应力幅值小于其平均抗压强度,单级应力幅值为30个振动循环,得到动弹性模量和阻尼比随动应变的变化规律。通过试验发现,泥质粉砂岩在循环荷载作用下的加卸载应力–应变曲线并不重合,而是形成一个封闭的滞回环,动应变相位始终滞后于动应力相位;滞回环在荷载反转处并非椭圆形,而是尖叶状,在该处岩石的塑性变形小,弹性变形响应迅速。随动应力幅值增加,泥质粉砂岩的动应变增加,动弹性模量随动应变增加线性递减,而阻尼比则线性递增。得到2组泥质粉砂岩的平均动弹性模量和阻尼比与动应变的相关表达式,其相关系数的平方R2均超过98%。岩石的不可逆塑性变形随动应变增加而增大,同时由循环荷载引起的损伤变形也逐渐增加。

循环荷载的频率和幅值对砂岩动力特性的影响

岩体动力参数的取值关系到岩体结构工程动力计算结果是否符合工程实际。鉴于实际动力荷载的频率和幅值都可能在一定范围内变化,设计了综合考虑频率和幅值变化的循环加、卸载试验方案,分析这两种因素对砂岩动应力-应变滞回曲线、动弹性模量、阻尼比和阻尼系数等动力参数的影响。研究结果表明:(1)应力-应变滞回圈的形态与加卸载的频率和幅值有关,频率越大则越饱满,幅值越大则越狭长;(2)循环荷载频率从0.02 Hz增至1.00 Hz,砂岩的阻尼系数逐渐减小,而阻尼比和动弹性模量逐渐增大,比较而言,阻尼比和阻尼系数变化幅度较大,动弹性模量的变化幅度较小;(3)循环荷载应力幅从10 MPa增至35 MPa时,砂岩的阻尼比逐渐减小,阻尼系数变化不大,而动弹模逐渐增大,比较而言,应力幅对动弹性模量的影响较大。研究成果可为岩石动力参数的合理选取提供较好的参考。

冻土动力学参数测试研究

冻土的动力学参数既是工程设计的依据之一,也是数值模拟时不可缺少的参数。本文分析了取自青藏铁路的两种路基土,即粉质粘土和细砂的动弹性模量和动阻尼比变化特征。试验发现,冻结粉质粘土和冻结细砂的动力学参数随频率、温度和含水量的变化规律相同。冻土的动弹性模量随频率的增加或温度的降低而增加。含水量增加时,冻土的动弹性模量先增加后降低,在饱和含水量附近达到最大。冻土的动阻尼比随频率的增加或温度的降低而减小。含水量增加时冻土的动阻尼比略有增加。

冻融循环中低应力水平加卸载作用下砂岩动力特性研究

采用不会造成较大附加损伤的近似无损低应力水平加、卸载的方法,开展了考虑时间效应的冻融循环作用试验。在试验成本受限的情况下大幅度地降低了试验所需的岩样数。较常规试验方法,在试验岩样数不变的前提下,无需因岩样的离散性而进行主观地筛选数据,从而使得有效数据增多。随着冻融循环周期数增加,岩样表面孔隙及微裂隙不断扩大并出现软化层,裂纹加深,颗粒脱落程度加剧,发生片落、剥蚀,水分向岩石内部迁移,冻融损伤程度由内向外逐渐加深,并研发滴定技术定量标定了这种层进式损伤。进一步分析不同冻融循环周期数下岩样在不同上限应力循环作用下的动力响应变化规律。研究显示,阻尼比、阻尼系数及动泊松比均与冻融循环周期数呈线性递增的关系,动弹性模量与冻融循环周期数呈线性递减的关系;阻尼比、动泊松比均与幅值应力呈线性递减的关系,动弹性模量与幅值应力呈线性递增的关系。给出了阻尼比、动泊松比、阻尼系数、动弹性模量相互之间的定量关系,可通过一种参数的变化规律,预测另一种参数的变化趋势。在有限的试验条件、试验次数下,可有效地精简试验所需检测的参数。幅值应力越大,加、卸载转换时岩样弹性变形响应越迅速,不可逆变形越小,在同一幅值应力的情况下所吸收的能量减少。随着冻融循环周期数的增加,循环加、卸载前岩样的斜坡加载段逐渐变长,应力-应变曲线斜率逐渐变小;循环加、卸载后,不同加、卸载幅值应力下的每个周期中首次达到应力上限时岩样的轴向应变与冻融周期数呈线性关系,说明在冻融循环作用下,岩样孔隙率逐渐变大,密实程度降低,岩样有逐步软化的趋势。当幅值应力较大时,岩样的塑性累积量与冻融周期数呈指数型关系加速递增;当幅值应力较小时,岩样的塑性累积量与冻融周期数呈线性关系匀速递增;说明幅值应力会带来显著的加速劣化效果。

砂卵石土动力特性的动三轴试验研究

砂卵石土在自然界分布广泛,并具有抗剪强度高、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,因此在工程建设中得到广泛应用。为反映其在复杂应力状态下的动力变形强度特性,通过砂卵石土室内动三轴试验,对不同饱和度的砂卵石土的动力特性进行研究。主要分析围压、固结比和振动频率对砂卵石土动强度的影响。试验结果表明:(1)砂卵石土的动应力随固结比的增大而略有增加,随振动频率的增大而有较大增幅,而且其动强度随着围压的增大而显著增大;(2)在相同围压下,随动应力增加,破坏振次减小;(3)砂卵石土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压增大而增大;(4)其阻尼比随动应变的增大而增大,明显表现在微小动应变中。

路基压实黄土动力特性的试验研究

在大量动三轴试验的基础上,对压实黄土的动力特性进行研究。试验结果表明:压实黄土的动应力-应变曲线在一定条件下近似为双曲线模型,并得到部分试样的模型参数取值。压实黄土动弹性模量随着动应变的增加而减小,逐渐趋于稳定,并且在不同干密度、不同含水率及不同围压状态下变化趋势基本相同。阻尼比受含水率、固结应力比、干密度及围压等因素的影响,综合反映为随动应变的增加而增加,取值为0.2～0.3,但离散性较强。振陷变形与干密度、含水率及荷载作用次数有着密切关系,干密度愈大,含水量越小,振动次数愈大;在同等的应力条件下,振陷变形愈小,并且存在一临界动应力。当动应力小于该值时,振陷变形较小,与动应力近似线性关系;当动应力大于该值时,振陷变形增加较快,呈现明显的非线性。