Effect of consolidation ratios on maximum dynamic shear modulus of sands

The dynamic shear modulus (DSM) is the most basic soil parameter in earthquake or other dynamic loading conditions and can be obtained through testing in the field or in the laboratory. The effect of consolidation ratios on the maximum DSM for two types of sand is investigated by using resonant column tests. And, an increment formula to obtain the maximum DSM for cases of consolidation ratio κc>1 is presented. The results indicate that the maximum DSM rises rapidly when κc is near 1 and then slows down, which means that the power function of the consolidation ratio increment κc-1 can be used to describe the variation of the maximum DSM due to κc>1. The results also indicate that the increase in the maximum DSM due to κc>1 is significantly larger than that predicted by Hardin and Black's formula.

不同加载比时砂砾料动模量和阻尼比变化规律研究

为探究加载比和围压对砂砾料动力特性的影响,通过大型动三轴试验,研究不同加载比和围压作用下砂砾料动模量和阻尼比的变化规律。研究结果表明:(1)随着加载比的增大,动应变显著增大,孔压明显上升,最大阻尼比增大;(2)试验数据更能反映出阻尼比随动剪应变发展的变化规律,综合考虑各动力参数的变化,建议砂砾料动模量和阻尼比试验的加载比选择范围为1.5~2.0;(3)采用分段拟合法对动应变小于0.01%和大于0.01%的试验数据进行拟合,直线与试验点的拟合度均大于0.96,分段拟合不同试验条件下砂砾料本构关系更为合理;(4)不同试验条件下动剪切模量比与参考剪应变具有良好的归一性,通过二元线性回归得到砂砾料最大动剪切模量关于围压和加载比的经验公式。该方法可为砂砾料动三轴试验及数据处理提供参考。

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。

小比例尺地下结构振动台试验模型土的设计与试验研究

基于结构与地基土相似设计相匹配的原则,通过采用卓越周期相似关系来简化锯末混合模型土,进行小比例地下结构振动台模型试验研究。通过对不同配比的锯末混合土进行共振柱试验,在采用等效线性本构模型分析原型土和混合模型土的特性参数(Gmax和G/Gmax-γ)的基础上,进一步确定了混合模型土配合比。对采用本文方法设计的自由场地模型土进行了一致地震激励下的振动台试验。试验结果表明:简化设计模型土满足了小比例地下结构振动台试验主要相似关系,取得了良好的试验效果,为以后进行土-地下结构相互作用的振动台试验奠定了坚实的基础,并且可以为类似试验提供借鉴。

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。

饱和黏性土最大动剪切模量的室内和原位试验对比研究

对463组饱和黏性土原状土样室内试验的最大动剪切模量和同一位置现场原位试验确定的最大动剪切模量进行了对比研究。结果表明:原状土样室内试验和同一位置的现场原位试验所确定的动剪切模量相差很大,室内试验结果基本上小于现场试验结果,埋藏深的土样相差更大;室内试验的最大动剪切模量与深度符合指数规律,并得到了室内试验最大动剪切模量与现场剪切波速的统计经验关系式。通过工程实例比较了两种试验最大动剪切模量对地震反应分析的影响,室内试验最大动剪切模量与现场剪切波速的关系统计式在工程场地地震反应分析中具有一定的参考应用价值。

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。

郑州饱和粉土动剪切模量的试验研究

土的动剪切模量是土动力特性非常重要的参数,动剪切模量与剪应变的关系是研究土动力特性规律的必不可少的内容之一。动剪切模量和动剪应变的关系模型可以用来描述土的动应力-动应变关系。试验选取郑州市粉土作为试验土样,并制备重塑土样,在不排水条件下使用GDS共振柱仪对饱和粉土进行动力试验,测得土样在10-6~10-3小应变范围内的动剪切模量与动剪应变。进而选用H-D模型和Davidenkov模型,对试验数据进行拟合回归分析,结果表明,Davidenkov模型能更好地描述郑州饱和粉土的动剪切模量比（G/Gmax）与动剪应变（γ）的关系。该研究可为粉土动力模型的选取和地震分析提供一定的参考依据。

覆盖层土体最大动剪模量室内外试验比较分析

通过室内大型三轴试验激光微小应变测试结果与现场波速试验测试结果的比较,论证了在一定条件下,最大动剪模量压力效应关系曲线可以通过室内试验获得,也可以通过现场波速试验经换算获得,建议在实际应用中将两者综合考虑。从而为深厚覆盖层地基上高土石坝地震动力反应分析提供更为可靠的依据,为深厚覆盖层工程特性的进一步研究提供参考。

细粒含量对饱和珊瑚砂动力变形特性影响试验研究

为了满足南沙珊瑚岛礁及近岸军事与民事功能设施建设对珊瑚砂动力特性参数的急迫需要,系统而深入地研究珊瑚砂动力变形特性已是一项紧迫的科学任务。利用共振柱对取自南沙群岛某岛礁的珊瑚砂开展了系列动剪切模量和阻尼比特性试验研究,探究相对密度Dr、初始有效围压σm’、细粒含量FC对南沙珊瑚砂动力变形的影响。试验结果表明:反映σm’对最大动剪切模量Gmax影响程度的应力指数n是与土性相关的常数;结合文献中3类砂类土的Gmax试验数据,发现随等效骨架孔隙比e*sk的增大各砂类土的应力修正最大动剪切模量Gmax/(σm’/Pa)n单调减小,且两者呈现较好的幂函数关系;在同一应变水平下,珊瑚砂动剪切模量G随FC的增大而减小,随Dr、σm’的增大而增大;当剪应变γ<10-4时,FC、Dr与σm’对阻尼比影响不大,而γ>10-4时,FC、Dr与σm’对阻尼比影响显著;Dr与σm’对动剪切模量比G/Gmax影响不明显;而当0%≤FC≤30%时,随FC增大G/Gmax-γ衰减曲线不断下降,给出了珊瑚砂Davidenkov模型拟合参数A、B的建议值,且发现参考剪应变γ0随FC线性减小。

不同细粒含量饱和粉土动力特性及微观结构研究

本文针对不同细粒含量的杭州饱和粉土动力特性进行了研究,并对土的微观结构进行测定,用以探究粉土的强度、动剪切模量和微观结构的关系。研究结果表明,当粉粒含量不变而粘粒含量在8%~15%之间变化时,动强度会随粘粒含量的增高呈现抛物线型变化,最低点在粘粒含量为12%附近出现;而保持粘粒含量不变,粉粒含量在40%~70%变化时,动强度随粉粒含量变化呈现单一增长。动剪切模量测定结果显示,当细粒含量变化时,最大动剪切模量G_(max)和动强度的变化规律呈正相关关系;通过电子扫描电镜对试样的微观结构进行观察,解释了由细粒含量变化而引起土样动力特性变化的内在原因。

荷载历史对砂土最大剪切模量影响的共振柱试验研究

利用共振柱的非共振模式对干砂试样施加先期动荷载,系统研究先期循环次数、预荷载频率、动预应力比、密实度、制样方法、先期剪切模式及围压静置时间等因素对砂土最大剪切模量的影响。试验结果表明:当先期循环次数小于某一阈值时,最大剪切模量随循环次数的增大而衰减;当达该阈值时,模量衰减率可达20%以上;之后,随循环次数增大而增长。最大剪切模量随循环次数的衰减程度随预荷载频率、动预应力比及砂土密实度的增大而减小,但其定性规律不受制样方法及先期剪切模式的影响。经历先期动荷载后,砂土最大剪切模量随围压固结时间的增长率仍很小,但较新鲜试样略大。砂土最大剪切模量随先期循环次数的变化关系是砂土结构密实化、土粒磨损作用、颗粒再定向或颗粒配位数定向共同影响的结果。

季节变化对列车行驶路基动应力的影响及简化计算方法

我国众多铁路干线分布于深季节冻土地区。铁路路基土层的冻融状态随着季节的交替变化而改变,相应的列车行驶时引起的路基动应力分布也有所不同。考虑路基土体的参振效应,通过改进车辆-轨道-路基垂向耦合动力学模型获取不同季节列车行驶振动荷载时程,进而通过动力有限元数值模拟方法,研究季节变化对列车行驶引起的路基动应力分布规律的影响。研究表明:路基土中的动应力幅值及其沿路基深度的分布规律与该时期路基土的冻融状态密切相关,基于此结论,提出深季节冻土地区不同季节铁路冻土下限范围内路基动应力的简化计算方法。该研究对于优化季节性冻土地区铁路路基设计方法,完善路基长期动力稳定性能评价方法等具有重要意义。

结构性软土动剪切模量试验对比研究

以福州盆地广泛存在的三层结构性软土为研究对象,首先阐述了三者的沉积特征及常规物理力学性质,然后利用共振柱试验仪进行了一系列不同固结应力下动力试验,得到三层结构性软土在动荷载作用下的动剪切模量G,通过理论分析给出其归一化动剪切模量G/G max随剪应变γ变化关系G/G max-γ曲线,进而分析不同结构性软土试验结果的差异。试验及分析结果加深对福州盆地结构性软土动力特性的认识,也为进一步了解福州盆地场地地震效应提供了可靠的数据。

基于等效黏弹性模型获取土体最大动剪模量的计算方法

土动力特性参数中,最大动剪切模量Gmax是定量描述土动力学本构最重要的参量之一,现有研究方法通常需较多参量及工程经验方能对其进行半定量的计算,但天然状态条件下土体的Gmax真值是唯一且确定的。为此,结合对土体动力学特性广泛适用性的基于等效黏弹性理论的修正Davidenkov模型,基于土动三轴试验,提出对该模型中的3个参量多元回归和对Gmax自适应逼近迭代的反分析算法,用于求取Gmax并得到本构方程中所需系数。研究表明:该算法在同时满足Davidenkov模型曲线三参数对测试数据拟合以及反算Gmax残差最小的双重计算约束条件下,对3类土样的动三轴测试数据进行拟合,在规避直接获取Gmax存在困难的情况下,顺利得到各测试样本的动本构模型。

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。

海洋含黏粒砂土共振柱试验研究

本文利用英国GDS公司生产的RCA共振柱系统测试海洋含黏粒砂土动剪切模量,同时对比纯砂样的动剪切模量,系统研究固结应力、初始密实度、黏粒含量等因素对砂土最大动剪切模量的影响。试验结果表明:最大动剪切模量随有效固结应力增大而增大;随初始密实度增大而增大;随黏粒含量的增加而降低。

木屑混合粘土动强度试验研究

对木屑混合粘土的动三轴试验进行了研究,通过最大动剪切模量以及动强度曲线两个指标,分析了结构性和木屑含量对软粘土动强度特性的影响,试验结果表明:软粘土的结构性可以明显影响粘土的抗剪强度,木屑含量对软粘土动强度的影响呈现出两面性。

基于现场测试土的动力学参数修正方法的研究

土的动剪切模量比和阻尼比是土层地震反应反应分析中的重要参数,而动三轴试验对小应变下相关参数的测试结果常常存在一定误差。为此,利用现场波速测试法、动三轴反推法、Hardin公式推导等,对比了土的最大动剪切模量及阻尼比,并根据理论分析确定了利用现场波速测试和Hardin公式推导值对动剪切模量、阻尼比修正的方法及公式,给出了修正后的结果。研究表明:动三轴反推方法获取的最大动剪切模量值较小且规律性不强,现场波速测试和Hardin公式推导获取的最大动剪切模量值,均显现出相似的规律,即随着深度增大逐渐增大的趋势;根据理论分析,确定了采用现场波速测试和Hardin公式推导值对动剪切模量、阻尼修正的方法及公式;修正后的最大动剪切模量比、阻尼比与规范值及推荐值相比,该结果更加符合场地实际情况。

非饱和无粘性土动剪切模量的实用计算方法

提出可以考虑平均有效应力、孔隙比和颗粒特征对非饱和无粘性土最大剪切模量比及最优饱和度的综合影响的方法 ,仅需四个参数 :土的级配、孔隙比、平均有效应力和颗粒形状 ,因此可避免一系列复杂的动力试验 .提出的方法和Hardin公式、吴世明公式一起 ,共同提供了一个计算无粘性土 (干的、饱和的或非饱和的 )低幅剪切模量的合理途径 .而且此模量对土质及场地条件变化的敏感程度也可用本文方法加以确定 .