相对密实度和固结应力比对北部湾海砂动力特性影响的试验研究

北部湾地区拥有丰富的海洋资源,海洋工程在这一地区的发展日益重要,了解海砂在不同固结应力比和密实度条件下的动力特性,对于海岸线保护、港口建设、堤防工程等都至关重要。为探究北部湾海砂的动力特性,针对北部湾海砂开展了一系列的固结不排水循环动三轴试验,分析了相对密实度和固结应力比对北部湾海砂的轴向累积应变、动弹性模量、动孔压以及滞回曲线的影响。研究表明:在相同振次水平下,随着固结应力比和相对密实度的增大,海砂的轴向累积应变随之减小;动孔压随着固结应力比的增大线性减小,在低相对密实度(Dr≤50%)下,动孔压随振次的增大而增大,在高相对密实度(Dr=70%)下,动孔压随振次先增后减;动弹性模量随着振次的增加出现刚度软化现象,增大相对密实度与固结应力比,较明显地减缓了动弹性模量的衰减速率;随着固结应力比和相对密实度的增大,滞回曲线包围的面积减小,滞回曲线由不封闭曲线转为封闭曲线。这些研究成果可以为北部湾围填海工程提供一定的参考。

地铁行车荷载下土体动强度和动应力-应变关系

通过对南京地铁三山街站底部的原状淤泥质粉质粘土进行循环三轴仪的室内动三轴试验 ,采用一定的动应力频率、不同的动应力比以及不同的固结状态来模拟地铁行车荷载及隧道周围土体 .研究了在地铁行车循环荷载长期作用下 ,淤泥质粉质粘土的动强度和动应力 -动应变的变化规律 .实验结果表明 ,淤泥质粉质粘土的动强度随动荷载循环次数的增加而降低 ,在设计基础时 ,所取土的强度指标必须根据一次列车的动荷载大小及其循环次数而定 ;淤泥质粉质粘土在地铁列车循环荷载作用下的动应力 -动应变关系的形式仍可用R .L .Kondner的双曲线关系描述 ;土体的动剪切模量。

不同应力条件下砂土动模量特性的试验对比研究

利用新研制的三轴—扭剪多功能剪切仪分别进行了竖向与扭转双向耦合剪切振动、振动三轴和振动扭剪等3种试验,采用内置于三轴室的轴力及扭矩双出力传感器和非接触式微小位移传感器测量荷载与位移,着重研究了均等固结条件下福建标准砂的动模量特性。试验结果表明:动力双向耦合试验在扭转方向和竖向的动模量与应变之间的变化规律分别与相同条件下的动扭剪、动三轴试验结果一致;归一化动模量与按照参考应变归一化后的应变比之间的关系不再依赖于初始固结压力、密度及应力路径;动三轴试验与动扭剪试验所得到的最大动剪切模量与初始固结应力之间的关系基本一致,与此相比,由动力耦合试验中扭转向振动分量所得到的结果偏高,由动力耦合试验中竖向振动分量所得到的结果又稍低。

分级加载下冻结兰州黄土滞回曲线形态特征的试验研究

滞回曲线的形态特征可以采用滞回曲线长轴的斜率k、滞回曲线的短轴与长轴之比α、相邻滞回曲线中心点之间的距离d、残余应变εp和滞回曲线所围成的面积S五个参数进行定量表征。通过动三轴试验,采用分级加载方式逐级施加动荷载,对不同频率、围压和负温下冻结兰州黄土滞回曲线的形态特征进行试验研究。结果表明:大多数情况下,k和α随动应力幅的增加最终趋于一稳定值;d和εp近似相等,随动应力幅的增加,d、εp和S均逐渐增大;随频率和围压的增加,k的稳定值逐渐增大,α的稳定值逐渐减小,d、εp和S也逐渐减小;随温度的降低,k的稳定值逐渐增大;当温度大于等于-1℃时,随温度的降低,α、d、εp和S的值没有明显变化、或者有变化但没有一定规律,但此时该4个参数的取值明显大于-2℃时的各参数取值。

聚丙烯纤维改良粉煤灰土的动力特性

在大量动三轴试验的基础上,研究了用聚丙烯纤维改良粉煤灰土的动力特性。试验结果表明:在相同围压下,改良土的动强度大于粉煤灰土的动强度,且两者的动强度都随着荷载循环次数的增加而下降,随着围压的增加而变大。当围压增大时,改良土的动强度提高幅度要大于粉煤灰土。在高围压下,纤维对试件的动强度影响较大。改良土受动应变的影响比粉煤灰土小,比较稳定。动模量Ed随动应变εd增大而递减。动应变相同时,改良土的动模量要大于粉煤灰土20%左右,改良土的阻尼比略大于粉煤灰土。

重复荷载下粉性路基土永久变形特性和预估模型

以动三轴试验模拟行车荷载下沥青路面路基土长期受力状态,测试加载104次粉性路基土在3种含水量、2种压实度和3种偏应力条件下的永久塑性应变曲线,量化其对路基永久变形的影响程度。大量调研和试验数据拟合分析表明Tseng-Lytton本构模型可预估粉性路基土累计永久应变。利用上述试验结果进一步回归给出了该本构模型中参数与粉性土基本指标含水量和回弹模量的计算公式,从而得到粉性路基土的永久应变预估模型,该本构模型可用于柔性基层沥青路面车辙分析。

中国青藏铁路北麓河路基冻土动应变速率试验研究

基于低温动三轴试验,研究中国青藏铁路北麓河路基冻结粉质黏土在轴向分级循环荷载作用下的变形特征。在不同负温、频率、围压、含水率条件下,考察冻土试件轴向残余应变时程曲线,获得轴向动应变速率受动应力幅值影响大,并随应力比增大而增大,随负温降低、频率升高、含水率增大而减小,随围压增加而线性增大的结论;据此,提出采用幂函数拟合应力比、负温、含水率、频率与轴向动应变速率之间关系,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。有利于合理预测青藏铁路等实际工程在交通荷载作用下由冻土动力残余变形而产生的沉降量,并对于进一步研究冻土路基列车行驶振陷问题具有重要意义,且为建立冻土疲劳模型积累基础试验成果。

岩石力学参数试验与地层破裂压力预测研究

通过对塔里木盆地群库恰克地区4口井中的7个地层100块岩心进行岩石力学参数试验和声波试验,获得了该地区岩石的弹性模量、泊松比、纵横波时差等一系列岩石静态力学参数。对试验结果进行了分析研究,得到了岩石纵横波时差关系拟合模型。结合测井资料所得到的岩石动态力学参数,回归出了群库恰克地区岩石的动静态力学参数模型,为预测群库恰克地区地层破裂压力提供了准确的岩石力学参数。在建立群库恰克地区地层破裂压力预测模型过程中,基于岩石的破裂机理,提出了一种地层破裂压力预测的新模型,该新模型已用于群库恰克地区地层破裂压力预测,为合理确定钻井液密度提供了理论依据。

粘性土的动力特性实验及数值模拟

使用产自日本的DTC-306型多功能电液伺服动态三轴仪,对粉质粘土进行动三轴试验。在试验提供的各种参数和数据的基础上,利用有限元程序ABAQUS建立动三轴试件的三维有限元模型,模拟在循环荷载作用下粉质粘土的动力变形特性;并通过与动三轴试验相关数据的大量对比分析,验证了模型的可靠性。然后在建立的三维有限元模型的基础上,进一步用数值模拟的方法研究了土体动力变形与各影响因素间的关系,得出如下结论:初始弹性模量、阻尼系数、受荷形式对土的塑性变形影响最大,应力幅值、围压、频率、加荷周数次之,加载波形的影响最小,不同波形对塑性变形的影响取决于荷载最大值时历时的长短。有限元数值模拟方法在一定程度上可以替代动三轴实验。

高裂度地震区铁路液化地基处理措施的试验研究

研究目的:玉蒙铁路通过通海湖相沉积盆地,以粉细砂和粉质黏土为主,属典型的地震液化地基。针对设计采用的碎石桩加固处理措施,通过动三轴试验研究粉细砂两种密实度和排水条件的液化强度,验证采用挤密排水法处理加固的可行性;采用振动台试验模拟地基液化的孔隙水压力随地震裂度的变化情况,从孔压比的变化验证地基抗液化能力。研究结论:(1)通过动三轴试验和振动台试验,验证了碎石桩复合地基对通海盆地的粉细砂液化地基加固的可行性;(2)碎石桩的挤密和排水作用对提高粉细砂液化地基抗液化强度效果明显;(3)地震荷载作用时,通海盆地粉细砂液化地基的液化范围主要是路堤坡脚以外的范围,而路堤内的地基的孔压比则远远低于0.8(通常认为液化的孔压比),没有液化;(4)通海盆地粉细砂液化地基发生液化时,坡脚外地基的孔压比随加载时间迅速增加;(5)对于液化地基上的路堤,复合地基的加固范围仍是一个需要研究的课题;(6)液化地基其它加固措施(如:水泥土搅拌桩、CFG桩等)的抗液化效果尚待进一步研究;(7)建议在坡脚外采用隔震措施,再进行深入研究。

振动频率对饱和砂土液化强度的影响

采用"土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪"对饱和砂土进行了一系列动三轴实验,探讨了振动频率对液化强度数值的影响程度。在1.0、1.5固结比和0.05、0.10、1.00 Hz振动频率条件下,针对相对密实度分别为70%、28%的密砂和松砂进行了100、200、300 kPa围压和100 kPa围压条件下的液化强度实验。实验结果表明,饱和密砂和松砂在各种固结条件下,液化强度随着振动频率的增大而增大,相同破坏振次时,各种实验条件下的液化强度与振动频率的关系在双对数坐标上均符合线性关系;振动频率由0.05 Hz变化到1.00 Hz时,液化强度相差达25%以上;动强度指标φd值随振动频率的增大而增大,最大相差12.2%;随着振动频率的增大,砂土达到液化破坏所需的时间明显缩短;振动频率对松砂液化强度的影响比对密砂的影响更为显著。

泥质砂岩动变形模量的演化规律试验研究

研究动三轴试验中泥质砂岩动变形模量的演化规律。借助自编的试验数据分析程序,研究不同动变形模量定义方法的规律性和适用性,以及结合应变硬化和应变软化机制研究动变形模量与累计残余体积应变、耗散能的演化规律,并对三者之间进行了拟合处理。研究表明,文中提出的加载、卸载段线性回归法定义动变形模量具有良好的适用性,动变形模量的全程演化过程可划分为3个阶段。第1阶段为强化阶段,表现为动变形模量随循环次数的增长;第2阶段为稳定发展阶段,即具有长时间的动态承载力,在此阶段存在动变形模量的突降或突升现象;第3阶段为降低阶段,表现为动变形模量的快速下降,直至岩样发生破坏。

大型振动台试验模型场地土的配制方法

基于相似比理论,将锯末和砂两种材料按一定比例混合,配制出了用于大型振动台试验的模型场地土。在相似关系控制方程的基础上,对不同配比的模型土进行了动三轴试验,得到了模型土的动应力-应变滞回曲线。经过数据处理,得到了不同配比模型土的动剪切模量以及相应的动剪切模量比-剪应变和阻尼比-剪应变动力特性曲线。将试验结果与原状土动力性质相比较,最终找出了满足本文相似比理论和振动台试验要求的模型土最优配比。该方法为今后类似的振动台试验模型土的配制提供了借鉴。

分级加载下冻结黏土的动应变幅变化特征

动应变幅反映土的振动特征和阻尼特性,温度影响土中水的形态,从而影响动应变幅的大小.采用MTS-810型三轴试验机对一系列温度下黏土的动应变幅变化特征进行研究,结果表明:仪器误差、操作误差等可能使试验结果具有变异性,可采用取平均值的方法来减小试验结果的变异性.动应变幅随加载级数的增加逐渐增大.当温度高于土中水的冻结点时,温度变化对动应变幅的影响较小;当温度低于土中水的冻结点时,随温度的降低,动应变幅变化较显著;当温度低于-4℃时,随温度的降低动应变幅几乎不发生改变.动应变幅随动应力幅的增大呈线性增大趋势.

黏粒和砂粒混合土体的动态液化性能研究

现场和实验室观测表明,一定黏粒含量的砂土在一定条件下易发生动力液化的现象,且黏粒含量对砂土抗液化性能的影响较为复杂。通过CKC全数字闭环控制气动式三轴仪试验系统,对黏粒含量为0%、5%和10%的砂土进行动力三轴试验。结果表明,黏粒含量为5%时砂土的抗液化性能最差,并且黏粒含量对于孔压的发展具有较大影响。根据实验数据的分析,对砂土-黏土的混合土的液化和抗液化性能进行机理分析。

循环荷载下老黏土的动力特性试验研究

本文利用GDS动态循环三轴仪施加竖向循环荷载对武汉地区具有代表性的老黏土进行试验研究,主要分析了老黏土在模拟地铁振动荷载作用下的动力特性。通过对孔隙水压力变化和残余应变发展曲线的分析,探讨了下不同固结比、动应力比、卸荷比等因素对老黏土动力特性的影响,并综合各因素总结出老黏土的动力响应规律;通过与软粘土和淤泥质土的已有研究成果进行对比分析与讨论,提出了合适老黏土的孔隙水压力发展模型及残余应变经验公式。本文的研究对地下工程设计中认识老黏土的物理力学特性等具有一定意义。

循环荷载作用下低掺量水泥土试样变形性状试验研究

在大量动三轴试验的基础上,深入研究了低掺量水泥土的动力特性。试验结果表明:动应变εd是影响土样动弹模量及阻尼比的最主要因素,随着动应变水平的提高,动弹模量Ed成倍减小而阻尼比λ成倍增大。随着掺灰量的增大,水泥土的动弹模量和阻尼比相应增大。动弹模量随围压σ3增减而增减,阻尼比λ随围压σ3的增加而减小。最大动弹模量Edmax与围压σ3呈指数递增关系;最大阻尼比λmax在7%～30%之间,与围压σ3呈指数递减关系,并建立了相应的经验公式。

地铁列车荷载下原状土孔压及应变模型试验研究

基于GDS循环动三轴试验,首先对比了不同形式的动荷载作用效果,结果表明偏压正弦波模拟列车循环荷载效果较好。然后研究了初始固结度和加载频率对地铁荷载作用下软黏土动力特性的影响,结果表明:排水加载条件下原状土孔压发展趋势分为2个阶段,第1阶段孔压迅速上升,达到峰值后进入第2阶段,表现为孔压下降且降速渐缓并趋于稳定;初始固结度越大,土样的累积峰值孔压越小,孔压消散时间越短;原状土应变发展呈现稳定型,固结度越低,轴向应变越大,应变稳定所需时间越长;且低频引起的累积应变较大,工程中应予以重视。提出的孔压及应变模型可较好地模拟列车荷载作用下不同固结度的原状软黏土的动力特性规律。

人造多晶冰的动力学参数试验研究

基于低温动三轴试验,研究人造多晶冰在轨道交通分级循环荷载作用下的本构关系与动力学参数指标。在不同负温、频率条件下,考察试件轴向动应力–应变关系曲线,获得冰的动力本构关系可以用线性黏弹性模型描述;动弹性模量随着温度的升高而降低,随频率增大而增大;黏性系数随着温度的升高而增大,随频率增大而减小的结论;并合理解释了温度、频率对冰的动力学参数指标的影响机理。

海运红土镍矿的动三轴试验研究

利用动三轴仪,对船载散装红土镍矿的动力特性进行了试验研究.通过对振动双幅应变曲线和累积孔隙水压力曲线进行分析,探讨了含水量、动应力、固结度等因素对红土镍矿动力特性的影响.结果表明:含水量是影响红土镍矿动力特性的关键因素,且镍矿存在临界含水量,超过该临界含水量,红土镍矿的动力特性会发生突变;当动应力小于某一临界值时,动应力对镍矿动力特性影响有限;另外增加固结度可以提高红土镍矿的动强度.研究结果可为进一步分析镍矿流态破坏提供理论基础.