中主应力与大主应力方向角对软黏土排水变形特性影响

为研究中主应力系数和大主应力方向角对各向异性软黏土变形特性的影响,利用GDS空心圆柱扭剪仪对温州原状软黏土进行了一系列不同中主应力系数和大主应力方向角的排水定向剪切试验。试验过程中在大主应力方向角和中主应力系数不变的条件下,逐渐增加剪应力直至试样破坏。分析了中主应力系数和大主应力方向角对温州原状土偏应力与大主应变关系、体应变、中主应变和小主应变与大主应变关系的影响。试验结果表明:试样的应力-应变关系在中主应力系数和大主应力方向角不同时表现出明显的各向异性。当中主应力系数为0.00和1.00时,大主应力方向角对应力-应变关系的影响较小;而当中主应力系数为0.50时,应力-应变关系中的割线剪切模量随大主应力方向角变化明显。当大主应力方向角为30°时,随着中主应力系数从0.00增加到0.50,中主应变由压缩状态变为拉伸状态;当大主应力方向角为45°时,随着中主应力系数从0.00增加到1.00,中主应变由压缩状态变为拉伸状态。

初始主应力方向角对黄土动变形特性影响研究

建筑物和构筑物地基土体的主应力方向往往发生旋转,因此研究初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响规律具有一定的现实意义。通过对不同初始应力状态下原状与重塑黄土进行动扭剪三轴试验,研究了初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响规律,结果表明:在不同初始主应力方向角下,原状黄土抵抗剪切变形的能力大于重塑黄土;在其他条件相同的情况下,初始主应力方向角越大,黄土抵抗剪切变形的能力越弱;随着初始主应力方向角的增大,黄土的动剪切模量随动剪应变变化的规律呈现出减小的变化趋势,而阻尼比则呈现出增大的变化趋势;初始动剪切模量与最大动剪应力随初始主应力方向角的增大而减小。建议在初始平均主应力较大的情况下,考虑初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响,试验成果可为黄土地区工程设计提供一定的参考。

初始主应力方向角对饱和珊瑚砂液化特性影响的试验

为探究不同的初始主应力方向角α0条件下南沙岛礁饱和珊瑚砂的液化特性,对饱和珊瑚砂进行了一系列不排水循环扭剪试验。试验结果表明:①α0对饱和珊瑚砂液化特性的影响显著;α0≠45°时的超静孔压ue不会到达初始有效平均主应力p’0;但α0=45°时ue会达到p’0。②不同α0条件下试样各应变分量发展形式的差异显著,但均会产生较大的广义剪应变幅值?g a,且超静孔压比ue/p’0与?ga之间的相关性可表示为正切函数。③以惯用的循环应力比CSR作为应力水平指标时,对于给定的CSR,到达液化标准所需的循环次数NL随着α0的增大而减小;采用本文定义的修正循环应力比CSRM作为应力水平指标时,不同α0条件下CSRM与NL的关系曲线规准化为一条曲线,且文献中3种饱和砂土的原始试验数据也验证了CSRM的适用性。

主应力方向角对重塑黄土各向异性的影响研究

为探究主应力轴循环后不同主应力方向角对青海重塑黄土各向异性的影响,对取自青海西宁地区的黄土进行了主应力循环后的定向剪切试验。试验结果表明:主应力方向角对重塑黄土各向异性具有显著影响,不同主应力方向角下重塑黄土的八面体剪应力-应变曲线和偏应力-主应变曲线均表现出很大差异,且不同主应力方向角下土体归一化强度不同;当主应力方向角超过60°时,土样剪切破坏的八面体剪应变变小;土体大主应变曲线的发展趋势与八面体剪应变相似,主应力方向角不超过75°土体中主应变不断向正向发展,主应力方向角为90°时,中主应变有着不同变化趋势,不断向负向发展,土体小主应变的总体变化趋势为负向;重塑黄土归一化强度随主应力方向角增大呈非线性降低,且主应力方向角为90°时土体归一化强度最小。

不同大主应力方向角剪切对重塑盐渍土变形特性的影响

为了研究复杂应力路径下重塑盐渍土强度与变形特征,采用英国GDS空心圆柱扭剪仪,对青海海东地区重塑盐渍土进行定向剪切试验,探讨不同大主应力方向角对重塑盐渍土强度变形和各向异性的影响。结果表明:以不同大主应力方向角剪切时,重塑盐渍土的八面体剪应变随着八面体剪应力的增大呈现出先减小后增大的“V”字形发展趋势;在不同大主应力方向角定向剪切条件下,中主应变基本保持不变,大主应变和小主应变对称发展;切向应变和轴向应变发展具有对称性;基于不同大主应力方向角的峰值八面体剪应变归一化强度曲线呈现出近似“勺”型变化。本研究结果可以为路基稳定型设计和路基修筑提供参考。

中主应力对饱和松砂不排水单调剪切特性的影响

利用土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,针对相对密度为30%的福建标准砂,在不排水条件下控制主应力方向、中主应力系数、平均主应力保持不变,进行了单调剪切试验。以此着重探讨了中主应力系数对相变有效内摩擦角、峰值有效内摩擦角及有效应力路径的影响。研究表明,中主应力系数对在不排水单调剪切条件下饱和松砂的强度参数具有显著的影响,而对有效应力路径及应力-应变关系发展模式影响较小。基于广义双剪强度准则,从理论上探讨了土的强度参数对于中主应力的依赖性,并与试验结果进行了对比。

大主应力方向及中主应力系数对重塑黄土小应变刚度特性影响试验研究

利用配备高精度应变传感器的空心圆柱扭剪仪对重塑黄土开展了一系列定向剪切试验,剪切过程中保持平均主应力p、大主应力方向角?以及中主应力系数b不变。共完成了包括3组不同大主应力方向角和1组不同中主应力系数的4组试验,共21个试样。对定向剪切条件下重塑粉土的应力-应变-强度以及小应变(<0.1%)刚度特性进行了研究,分析了不同大主应力方向角及中主应力系数的影响。试验研究结果表明,重塑黄土存在显著的强度各向异性特性,沿?=0°方向的强度最大,而最小强度方向因中主应力系数的不同而不同。?=0°时,b=0.25的强度最大,此时试样接近平面应变条件。小应变条件下重塑黄土的剪切刚度也因剪切时?和b的不同而不同,剪应变小于0.02%和大于2%时,刚度基本保持不变,初始剪切刚度很大,当剪应变大于0.02%后,随着剪应变的增加而迅速衰减,衰减曲线可以采用指数函数进行较好的拟合。

主应力轴持续旋转条件下饱和松砂的振动孔隙水压力特性

利用新研制的“土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪”,针对福建标准松砂,在三向非均等固结条件下,进行了能够模拟海洋波浪荷载作用下主应力轴连续旋转的循环耦合剪切试验。通过试验着重探讨了初始主应力方向、振动过程中主应力方向连续变化对不排水条件下砂土的振动孔隙水压力增长特性的影响。实验研究表明:在振动过程中主应力轴连续旋转的条件下,初始主应力方向对砂土的动孔压比与振次比之间关系具有显著的影响,随着初始大主应力与竖向之间夹角的增大,动孔压比的增长速度明显加快,具有较好的规律性;归一化孔压比与广义剪应变之间的关系基本上与初始主应力方向角和振动剪应力幅值无关。

主应力轴旋转对压实黄土动变形特性的影响

实际工程中的地基或路基的土体往往处于复杂初始应力状态,在地震或其他动荷载的作用下会出现变形和沉降,而常规的室内土工试验无法真实再现这种固结应力条件下土的动力特性。通过对原有的DTC-199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造后可进行土体在主应力轴发生旋转时的压实黄土动变形的试验研究。结果表明,在其他固结条件不变的情况下,初始主应力方向角α对压实黄土的动剪切模量有一定的影响,随着α的增加,动剪切模量有减小的趋势,最大动剪应力也逐渐减小,但是α对最大动剪切模量的影响不太显著。初始主应力方向角α对压实黄土的阻尼比基本没有影响,在λ-lgγd的半对数坐标图中,阻尼比随动剪应变的增加有逐渐增大的趋势,并且表现出较好的相关性。

扭弯组合测主应力的实验应力分析

1 引言在材料力学实验中,为了测定二向应力状态的主应力、主方向角,我们自行设计、制造、安装并调试了一套薄壁空心圆管扭弯组合测主应力的实验装置。该装置具有操作简便、安全可靠等优点。其实验方法是采用电测法,所用仪器是静态数字式电阻应变仪。

主应力轴旋转对压实黄土动残余变形的影响

通过对DTC-199型周期扭转荷载三轴仪的简单改造,研究了主应力轴旋转对压实黄土在周期动荷载作用下轴向残余变形和动剪切残余变形的影响。结果表明:随着初始主应力方向角的增大,轴向残余变形由压缩状态的正值逐渐过渡到伸长状态的负值。振动次数对剪切残余变形影响较大,剪切变形随振次的增多而增加,且随初始主应力方向角的增大呈现增大的趋势。

主应力方向对膨胀土动力特性影响的试验研究

以膨胀土为研究对象,在不同初始主应力方向下进行动扭剪三轴试验,研究了主应力方向对膨胀土动强度、动剪切模量及阻尼比的影响。结果表明:膨胀土的动强度指标随初始主应力方向角的增大而减小,初始主应力方向角的变化对动摩擦角的影响要强于动黏聚力;主应力方向角越大,膨胀土的动剪切模量及初始动剪切模量越小;不同主应力方向下膨胀土的阻尼比在0.2~0.4之间,初始主应力方向越大,阻尼比越大。工程中应尽量避免出现较大的主应力方向角。

复杂应力条件下饱和松砂孔隙水压力增长特性的试验研究

针对福建标准砂Dr=30%,在三向非均等固结条件下,利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪针对多种不同初始主应力变化方式进行了循环扭剪试验,讨论了初始主应力方向变化等初始固结条件对饱和松砂不排水条件下孔隙水压力变化规律的影响,对循环扭剪过程中主应力方向与中主应力系数的变化进行了分析,给出了孔隙水压力随循环次数的变化规律。结果表明:分别以最大孔隙水压力和液化破坏时循环次数归一化后的孔隙水压力比和循环次数比之间的关系依赖于循环剪应力幅值和初始主应力方向。而归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系和循环剪应力幅值、初始主应力方向无关,可以统一地采用双曲线模式表达,其中的两个待定参数依赖于初始主应力方向。

激光冲击波对5B05铝合金表面应力状态的调整

采用X射线衍射仪分别对光斑中心及其边界点冲击前后3个方向上的残余应力进行测量。根据主应力及其方向角的计算公式,计算出了各测试点冲击前后的主应力值和主应力方向角,分析了其分布特性。结果表明,激光冲击波不仅能调整5B05铝合金表面残余主应力值,还能调整其方向。最大主应力增幅最大点与最小主应力增幅最大点并不在同一点上。5B05铝合金经激光冲击波作用后,表面应力状态得到了改善,应力分布变得分散,应力域变大。

初始应力条件对压实黄土动强度影响的研究

建筑物地基或土坡中的土体在受到地震或其他动荷载作用前往往处于复杂的初始应力状态,对原有的DTC-199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造后,可以进行压实黄土在这种固结应力状态下动强度的试验研究。试验结果表明,在其他初始固结应力条件不变时,初始主应力方向角α0对压实黄土的动强度具有显著的影响,初始中主应力系数b0对动强度的影响较小;随着α0的增大,动强度逐渐降低,并在α0=90o时达到最小值,最大降幅在40%左右;b0对压实黄土的动强度的影响具有放大效应和区间效应,b0从0增大至0.5时,动强度逐渐增大,b0从0.5增大至1时,动强度逐渐减小,增加的幅度小于降低的幅度约5%。

复杂应力路径下杭州原状软黏土破坏标准研究

采用空心圆柱扭剪仪对主应力轴方向固定不变定向不排水剪切应力路径下杭州原状软黏土破坏标准进行试验研究,重点探讨了中主应力参数b、大主应力方向角α及孔压积累对剪切过程中黏土抗剪强度的影响,并提出原状软黏土剪切破坏的标准。试验结果表明,中主应力参数的变化没有对应力应变变化模式和试验应力路径产生影响,随着中主应力参数的增大,黏土抗剪强度的变化并没有呈现出一定的规律性;大主应力方向角对原状软黏土强度的影响反映出原生各向异性对黏土抗剪强度的控制作用;黏土样在剪切后期会产生显著的孔压积累,影响了黏土强度的发挥。考虑中主应力参数等影响因素,通过分析广义剪应力-应变曲线的变化情况,取广义剪应力qJ的峰值作为原状软黏土的剪切破坏标准。

复杂应力条件下松砂振动孔隙水压力与体变特性的试验研究

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在5种初始主应力方向角与5种中主应力系数相组合的初始固结条件下,对饱和松砂进行了不排水循环扭剪试验。讨论了初始固结条件对不排水条件下饱和松砂孔隙水压力变化规律及对剪胀、剪缩、卸荷体缩等体积变化过程的影响。试验研究表明:(1)分别以稳定残余孔隙水压力和破坏时循环次数归一化后的残余孔隙水压力比和循环次数比之间的关系可以用双曲线模式表达。其参数主要依赖于初始主应力方向,中主应力系数对参数的影响并不显著。归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系也可以用双曲线模式表达,其中的2个待定参数依赖于初始主应力方向,与中主应力系数无关;(2)在三向非均等固结条件下的不排水循环扭剪试验中,饱和松砂表现出卸荷体缩特性,不同初始主应力方向时,饱和松砂剪缩、剪胀、卸荷体缩呈现出不同的交替变化模式。

考虑主应力偏转影响的基坑开挖应力路径

针对目前基坑开挖应力路径研究中缺乏对主应力偏转影响的考虑,引入主应力方向角的概念并推导了其计算方法,建立了p-q-α三维应力状态体系。以黏土超深基坑开挖工程为算例,采用有限元软件ABAQUS模拟基坑开挖全过程,对基坑不同区域关键位置点在开挖卸荷过程中的三维应力路径进行了研究。结果表明,坑底土体平均压应力p减小,广义剪应力q先减小后增大,主应力方向角α偏转幅度较大;坑侧土体主应力方向角α有明显偏转,但应力路径的发展与支撑的设置密切相关,基坑坡顶土体则几乎不发生主应力轴偏转。

各向异性软土基坑抗隆起稳定极限平衡分析

土体的各向异性与沉积环境和应力历史密切相关。以能够考虑土体特性的各向异性不排水抗剪强度公式为基础,利用圆弧滑动方法,并考虑破坏面上强度的折减(τf=Su cosφ’),推导各向异性软土基坑抗隆起稳定极限平衡解。对软土基坑抗隆起稳定进行研究,系统分析了开挖深度H、围护结构插入深度D、最下道支撑与坑底相对距离He/H等几何因素及土体有效内摩擦角φ’、各向异性强度比k及强度沿深度非均质变化的斜率λ等强度参数的影响。最后结合工程实例,验证了公式的适用性,为软土基坑工程抗隆起分析提供了新的思路。

主应力轴旋转条件下黄土变形特性试验

为研究黄土在主应力轴循环旋转条件下的变形特性,采用空心圆柱扭剪仪(HCA)开展了2种不同应力路径下的扭剪试验。第1种应力路径为保持主应力轴方向不变,改变偏应力大小,研究黄土在不同主应力轴方向角α和不同中主应力系数b下的变形特性;第2种应力路径为保持偏应力大小不变,改变主应力轴方向,研究主应力轴循环旋转周期对黄土性状的影响。试验结果表明:土样剪切强度与中主应力系数b、主应力轴方向角α相关,当b相同,α=30°时土样剪切强度最大,α=60°时土样剪切强度略大于α=45°时;α相同时,剪切强度>b=1时的剪切强度>b=0.5时的剪切强度;纯主应力轴旋转会使土体产生塑形应变,并且随着旋转周期的增加,土体产生的塑形应变将不断累积。