双向激振循环荷载作用下饱和软黏土强度和变形特性研究

通过不排水循环三轴试验分别对单、双向激振下各向同性与各向异性固结的杭州软黏土的动力特性进行研究。研究结果表明,随着径向循环应力比的增加,循环应变幅与孔压幅值增加速度加快,导致土样在较小循环次数发生破坏。双向激振下,随着初始剪应力的增加,峰值孔压以及孔压幅值未见明显变化,这与单向激振的结果不同。双向激振下,饱和软黏土还存在着门槛径向循环应力比。当径向循环应力比小于该值时,双向激振循环荷载不能加速土体的破坏。随着径向循环应力比的增加,在半对数坐标下双向激振下饱和软黏土的转折应变近似线性增加,以该应变为破坏标准可得到双向激振下土体的动强度曲线。随着径向循环应力比的增加,土体的动强度降低。与单向激振循环荷载相比,双向激振下的动强度曲线更为陡峭,土体强度衰减更快。由此可知,在实际的抗震设计中,如果忽略双向振动对土体强度的影响,显然是不安全的。

双向激振对饱和软黏土应力应变循环刚度软化的影响

地震荷载作用将引起土体孔隙水压力上升,从而使土体的刚度、强度发生软化现象。循环软化是地震荷载作用下土体发生破坏的主要原因。本文利用双向动三轴试验系统,通过双向激振循环荷载试验对地震荷载的作用进行了模拟。并对双向激振循环荷载作用下饱和软黏土每一次循环内刚度软化现象进行了初步的探讨。分析了循环次数、循环偏应力比、径向循环应力比、初始剪应力等因素对双向激振循环作用下软黏土刚度变化规律的影响。研究结果表明:双向激振下,当循环偏应力比小于临界循环偏应力比时,饱和软黏土存在临界屈服应变,当应变幅值小于该值时,割线剪切模量逐渐增加不发生软化现象;只有在应变幅值大于该值的情况下才发生软化。循环偏应力比的增加、径向循环应力的提高都将加快刚度软化。双向激振下,随着初始剪应力的增加,刚度有所提高。并在试验的基础上建立了双向循环荷载作用下饱和软黏土的刚度软化模型。以该软化模型作为Masing准则的放大系数对双向激振下土体的应力-应变关系进行了描述,得到了与实测较吻合的结果,同时也验证了本文软化模型的准确性。

高应力条件下双向激振时尾粉砂的动力特性

强地震荷载作用下,P波(纵波)对土体的作用不可忽略。然而,传统的采用单向振动分析循环荷载作用下土体动力特性的方法往往忽略了纵波对土体动力稳定性的影响。为研究高应力条件下尾粉砂的动力特性,采用双向激振循环荷载模拟地震荷载,开展一系列不同围压、不同动剪应力比CSR,以及不同固结应力比K_(c)(简称固结比)条件下的双向振动三轴试验。结果表明:在双向激振循环荷载作用下,等压和偏压固结时,饱和尾粉砂试样均存在转折累积塑性变形ε_(tp);随着动应力幅值的增大,ε_(tp)与等压固结时的振次呈线性负相关,与偏压固结时的振次呈线性正相关;尾粉砂的累积动孔压比增长曲线具有明显的阶段性,围压对尾粉砂累积动孔压比增长曲线的形态具有显著影响。围压相同时,动剪应力比、固结应力比的改变对累积动孔压比增长曲线的形态影响不大。随着围压的增大,在等压和偏压固结条件下,尾粉砂的累积动孔压比增长曲线均有两种模式(3或4个发展阶段);当累积动孔压比增长曲线为3个阶段时,等压和偏压固结条件下,曲线形态具有一定的差异;当累积动孔压比增长曲线为4个阶段时,等压和偏压固结条件下,曲线形态基本相同。同时,通过分析试验结果,提出尾粉砂在高应力条件下考虑多因素时的累积孔压增长模型,并得到等压固结和偏压固结时该模型的两种表现形式。研究成果可以为尾矿坝的抗震加固设计提供一定的参考。

双向激振下饱和软黏土应变软化现象试验研究

循环荷载作用下饱和软黏土将发生刚度软化现象。由于受试验条件的限制,以往对软黏土循环软化现象的研究大都基于单向循环荷载试验。通过GDS双向动三轴系统对双向循环荷载作用下饱和软黏土的刚度软化现象进行了初步的探讨。着重分析了循环偏应力、径向循环应力、初始剪应力等因素对双向循环作用下软黏土刚度变化规律的影响。研究结果表明:循环偏应力的增加、径向循环应力的提高都将加快刚度软化。随着径向循环应力比的增加,临界循环应力比减少。双向激振循环荷载作用下软黏土存在门槛径向循环应力比。当径向循环应力比小于该门槛值时,双向振动不能加速土体软化。随着初始固结剪应力的增加,刚度有所提高。在试验的基础上初步建立了双向循环荷载作用下饱和软黏土的软化模型。将该软化模型引入到修正的Iwan模型中来描述土体的应力–应变关系,证实了模型的准确性。

双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼变化规律试验研究

通过GDS双向动三轴系统对双向激振循环荷载作用下饱和软黏土的动模量与阻尼变化规律进行研究。结果表明:随着径向循环应力增加,孔压比增加,双向激振对孔压的影响仅限于对初始孔压的提高,且初始孔压提高的幅度近似与径向循环应力相等;双向激振对门槛循环应力比的影响不明显;径向循环应力对动模量与阻尼的变化规律有显著的影响,在动应变一定的情况下,随着径向循环应力比的增加,动模量降低,阻尼比增加。随着径向循环应力的增加,小应变弹性模量随之减小,且近似与径向循环应力比成线性关系,据此实现了Hardin公式的修正,建立了双向激振下小应变弹性模量经验模型。径向循环应力及围压对(Ed/Edmax)-εd及(D/Dmax)-εd关系曲线影响不明显,通过对双曲线型模型修正,建立双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼随动应变变化的经验模型。

双向循环荷载下黄土的动变形特性研究

利用SDT-20型动三轴仪在双向循环荷载下探究了黄土的动变形特性,分析了初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土动变形发展的影响。试验结果表明:双向循环荷载作用下,初始动应力状态对黄土破坏模式有重要影响,初始循环偏应力小于0 k Pa时,黄土呈受拉破坏,初始循环偏应力大于0 k Pa时,黄土呈受压破坏。初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土的动剪切变形均有明显的影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值的增大均加快了黄土的动剪切变形发展,使土体的破坏更迅速。预剪应力对土体起到预压密作用,黄土的动剪切变形的发展随预剪应力的增大而减缓。当剪切动荷载幅值保持不变时,拉压动荷载幅值的增大明显地加速了黄土动剪切变形的发展,其对土体动剪切变形的影响和剪切动荷载是一致的。