砂土特征状态线及不排水特性的初始状态分区

砂土不排水特性表现出强烈的初始状态依赖性,为深入探究砂土这一特性,介绍了e-lnp(e为孔隙比,p为围压)平面内砂土已有与不排水特性有关的初始状态特征线,即最松固结线(loosest consolidation line,简称LCL)、静态液化分界线(static liquefaction dividing line,简称LDL)以及准稳态分界线(quasi steady-state dividing line,简称QDL),并在引入砂土正常压缩线(normal compression line,简称NCL)的基础上,结合剪胀和屈服理论,补充论证了LDL的存在性,给出了QDL的简易确定方法。基于特征状态线,将砂土初始状态进行了分区,分别为Ⅰ静态液化区、Ⅱ应变软化区、Ⅲ准稳态区、Ⅳ应变硬化区,使得砂土在同一初始状态特征区表现出相似的不排水剪切特性。分析了初始状态分区的应用,包括理论应用与工程应用,以期为砂土不排水特性初始状态依赖性的理解及相关工程实际提供指导。

砂-粉混合料不排水剪切相变强度特性试验研究

砂-粉混合料是海岸工程建设中较为常见的岩土介质,其力学特性的研究对于海堤、防波堤等海岸防护工程的建设具有重要意义。其中相对密度(D_(r))和细粒含量(C_(F))对砂-粉混合料相变特性的影响仍需深入讨论。利用GDS静三轴仪,开展了一系列不同相对密度和细粒含量的砂-粉混合料固结不排水剪切试验。结果表明:D_(r)对砂-粉混合料相变状态时的孔隙水压力u_(e)、相变强度S_(PT)以及相变有效内摩擦角φ′_( PT)的影响较为显著;细粒含量对砂-粉混合料相变状态时的u_(e)、S_(PT)影响同样显著,但对φ′_( PT)几乎没有影响。提出了引入复合密实状态参数e×D_r来评价砂-粉混合料相变强度的方法,该方法展示出了较好的预测性,具有实际工程应用价值。

循环预剪对饱和粉土不排水单调剪切特性的影响

为探究循环预剪对饱和粉土力学性质的影响,本文系统开展了多循环加载历史对饱和粉土不排水剪切特性影响的试验研究。利用空心圆柱扭剪仪,针对饱和粉土(Dr=50%)进行了不同循环应力比和循环加载方式的循环预剪和二次固结静剪试验。试验结果发现:随着液化水平的提高,饱和粉土重固结所产生的体应变逐渐增大,应变硬化逐渐增强,相变强度SPT逐渐提高,但相变有效内摩擦角变化不大。在围压不变的前提下,体应变、应力应变关系、有效应力路径、相变强度SPT以及相变有效内摩擦角几乎与前期加载的循环应力比和循环加载方式无关。本文研究对粉土地区的工程建设具有实际参考价值。

考虑粗颗粒真实形状的混合土不排水剪切特性离散元研究

为了明确含真实形状粗颗粒混合土的宏观不排水剪切特性随细颗粒含量变化的细观机理,基于离散元数值分析方法,探究了细颗粒含量对真实角砾形状粗颗粒和球形细颗粒构成的混合土密实试样的宏细观不排水剪切特性的影响。使用三维扫描仪扫描真实角砾,获得其形状,在数值软件中通过填充大量子球,近似逼近粗颗粒真实形状。制备了细颗粒含量为0,10%,20%,30%,40%,50%,70%,90%和100%的试样,使用等体积方法对试样进行了三轴压缩试验的模拟。结果表明:当细颗粒含量不超过50%时,细颗粒含量对混合土的不排水剪切强度影响较大。基于3种接触对混合土应力比的贡献大小,使用细颗粒含量界限值对混合土进行工程分类。通过分析细颗粒含量界限值,发现加载模式(排水或不排水)影响临界状态混合土的工程分类,但几乎不影响峰值状态混合土的工程分类。通过分析整体接触网络的力和组构的各向异性,揭示了混合土的峰值和临界内摩擦角依赖于细颗粒含量的机理。通过分析3个子接触网络的各向异性,阐明了整体接触网络的各向异性随细颗粒含量变化的原因。

软黏土不排水循环应力应变响应的弹塑性模拟

为描述循环荷载作用下饱和软黏土不排水应力应变特性,以Mises屈服准则构建边界约束面方程,利用硬化模量插值方法及映射中心移动方法,在偏应力空间中构建硬化模量场,建立了一个总应力形式的增量弹塑性边界面模型。该模型依据径向映射法则建立弹塑性模量插值函数,并认为加卸载过程中映射中心随加卸载路径变化而不断移动,通过弹塑性模量的插值及映射中心的移动,使得硬化模量场的演化规律表述简单,跟踪循环应力路径所需记忆的参数较少。另外,模型通过在弹塑性模量插值函数中引入反映剪应变累积速率和大小的参数控制累积剪应变随循环次数的变化规律,不仅可描述循环加载时应力应变曲线的非线性、滞回性、应变累积性等基本特性,还可预测不同初始应力水平、循环应力水平下土单元的应力应变响应。最后阐述了利用循环三轴压缩试验确定模型参数的方法,并对循环三轴拉伸试验结果进行了预测,通过预测结果与试验结果的对比,验证了所建模型的合理性。

南京片状细砂不排水循环三轴试验的数值仿真

基于软件ABAQUS的二次开发平台,引入Byrne修正的Martin和Finn孔压应变模型,并与土体动力黏塑性记忆型嵌套面模型相结合,通过编制Fortran子程序,嵌入到软件ABAQUS中,实现了软件ABAQUS的有效应力算法,对南京片状细砂土的不排水循环三轴试验进行三维数值仿真。通过与循环三轴试验结果的比较,发现数值模拟结果基本上能再现南京片状细砂的不排水循环特性,如不排水循环三轴试验的动应力?应变关系、应变累积、应变软化等;且数值仿真结果较好地反映了试验结果的振动孔压发展特征。研究的意义在于理想三维数值模拟试验能够突破常规的室内土工试验能力及其局限性,这为今后饱和砂土不排水循环特性的宏、细观机理的进一步研究奠定了基础。

深圳海积软土的三轴不排水蠕变特性与经验型模型

软土变形的时效性会使修建在软土地基上的建筑物产生不容忽视的工后沉降,因此揭示软土蠕变的规律,对软基工程具有重要意义。通过对深圳湾海积软土进行不同固结压力下的三轴固结不排水蠕变试验,以论证海积软土的蠕变特性,建立可描述软土蠕变特性的本构模型。结果表明,深圳具有非线性蠕变特性,应力水平越高,非线性特征越显著,剪切蠕变特征越复杂,其蠕变性状受固结压力,剪应力水平显著。在工程中应尽可能加大固结压力,加速土体的固结排水作用,可减小因蠕变影响对建筑物带来的危害。研究还表明,Singh-Mitchell经验型模型具有参数少,适用性强的特点,可较好地反映和预测深圳海积软土的蠕变特性。