饱和软黏土动力学特性循环扭剪试验研究

以饱和软黏土的循环扭剪试验研究为基础,阐明不固结不排水条件下饱和软黏土的动力学特性。在循环扭剪和循环三轴两种不同试验应力状态下,通过研究不同围压和不同静、动应力组合下饱和软黏土的应力等效破坏关系和应变等效破坏关系,提出在循环荷载作用下饱和软黏土的循环破坏同样遵循Mises屈服准则,且在Mises屈服准则下,饱和软黏土的循环强度趋于不变量。循环破坏的过程可以等效为一种拟静力弹塑性循环蠕变,建立了饱和软黏土循环累积变形随静荷载、循环荷载以及循环破坏振次之间的关系式。上述结论分别从应力和变形两个方面阐述饱和软黏土的动力学特性,与试验应力状态和围压无关,可以推广到一般应力状态下。

酸蚀-冻融循环耦合作用下红黏土力学特性与微观机理研究

为研究酸性环境对冻土地区路基强度与稳定性影响,对不同酸性浓度和不同冻融循环次数的红黏土试样进行常规三轴压缩试验(CU),分析酸蚀-冻融循环耦合作用下红黏土力学性质损伤劣化过程,并通过扫描电子显微镜(SEM)试验识别酸蚀-冻融循环耦合作用诱发红黏土微观结构演变与损伤机理。研究结果表明:红黏土与盐酸溶液反应后,应力-应变曲线呈现应变软化型,而随冻融循环次数增加,软化特性逐渐减弱;酸性溶液侵蚀土体结构,冻融循环作用使土体结构破坏和水分迁移,二者联合作用增大土体孔隙率,从而降低土体抗剪强度,通过对变形模量与冻融循环次数的非线性拟合,表明变形模量随冻融循环次数增加呈指数型劣化规律;初次冻融循环便会对红黏土抗剪强度、变形模量与黏聚力造成大幅度影响,但在5次冻融循环后,这些力学参数下降的幅度逐渐趋于稳定;酸蚀作用会降低红黏土凝聚力和内摩擦角,相同pH值时,随冻融循环次数增加,土体凝聚力持续减弱,而内摩擦角变化规律不明显;通过电镜扫描试验的分析表明酸蚀-冻融循环耦合作用破坏红黏土微观结构和改变颗粒间联结形式,增大土体内部孔隙与裂隙,降低土体的力学承载能力,从而劣化土体力学性能。研究成果可为受酸侵蚀的寒区工程项目提供参考。

复杂应力条件下长江口原状饱和软黏土门槛循环应力比试验研究

针对取自于长江口的海洋原状饱和软黏土,利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在控制不同初始固结参数的三向非均等固结状态和不排水条件下,分别进行了轴向和扭转双向耦合循环剪切以及循环扭剪等多种复杂循环剪切试验。分别研究了初始大主应力方向角、初始偏应力比、初始中主应力系数以及循环剪切应力模式等因素对门槛循环应力比的影响。试验结果表明,在三向非均等固结条件下,初始大主应力方向角、初始偏应力比对门槛循环应力比影响显著,门槛循环应力比随着初始大主应力方向角与初始偏应力比的增大而明显减小;而初始中主应力系数对门槛循环应力比基本没有影响。循环剪切应力模式对门槛循环应力比具有显著影响,在相同的初始固结应力条件下,循环耦合剪切试验确定的门槛循环应力比明显小于循环扭剪试验所确定的门槛循环应力比。

不同应力路径下饱和粉土动强度特性试验研究

试验选用近海地区分布广泛的粉土为研究对象,利用空心圆柱仪进行了模拟波浪荷载的循环三轴-扭剪耦合试验,探讨饱和粉土在不排水条件下的动强度特性,并对液化循环周数与无因次剪切应力比之间关系进行了曲线拟合。试验结果表明,在相同的剪切应力比下,循环三轴-扭剪耦合试验的破坏振次最少,循环纯扭剪最多,循环三轴介于二者之间。通过对加载效率的计算对不同应力路径下强度的差异进行了合理解释。

主应力方向循环变化对饱和松砂不排水动力特性的影响

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了主应力轴循环变化的多种模式竖向和扭转双向耦合循环剪切及普通循环扭剪试验。针对福建标准砂, 在均等固结条件下着重研究了振动过程中主应力方向的不同变化模式对饱和松砂不排水循环特性的影响。试验研究结果表明: 振动过程中主应力方向的变化方式对饱和砂土不排水动强度具有显著的影响, 在所采用的五种类型循环剪切应力路径中, 主应力方向连续旋转条件下的动强度最低。进一步的研究发现: 对于初始均等固结条件,分别采用初始平均有效固结压力和循环破坏次数归一化的循环孔隙水压力比与循环次数比之间的关系与振动过程中主应力方向变化方式无关, 这种归一化循环孔隙水压力比随广义剪应变的变化规律及累积广义剪应变与循环次数比之间关系均与振动过程中主应力方向变化方式无关。

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。

原状海洋土动泊松比的试验研究

利用空心圆柱扭剪(HCA)仪,针对原状海洋粉质黏土,通过循环三轴及循环扭剪试验,得出相应的杨氏模量、剪切模量和动泊松比,探讨了有效固结围压、固结应力比对动泊松比的影响。试验结果表明:土体的动泊松比随着广义剪应变的增大而增大;有效固结围压、固结应力比均对动泊松比有显著的影响,动泊松比随着有效固结围压、固结应力的增大而逐渐减少;且随着广义剪应变的增大,两者对动泊松比的影响减小,当广义剪应变增大到1.8×10-2左右,试验终止,此时土体动泊松比约为0.48。试验中未出现动泊松比大于0.5的现象,说明土体未出现剪胀现象,试验所采用的粉质黏土在循环荷载作用下具有较好的稳定性。

循环应力作用下饱和软黏土的不固结不排水强度与破坏准则

通过循环三轴与循环扭剪试验,研究了饱和软黏土不固结不排水循环强度的变化。结果表明:当循环破坏次数给定后,饱和软黏土的不固结不排水循环强度取决于土单元受到的静剪(偏)应力,与其受到的围压无关;当作用在土单元上的静剪(偏)应力比从0.3变化至0.6时,饱和软黏土循环强度也逐渐增大。进一步,通过分析循环扭剪试验确定的循环剪切强度与循环三轴试验确定的循环压缩强度之间的关系,阐明了循环应力作用下饱和软黏土不固结不排水强度满足Mises破坏准则。依据本文研究结论,可以通过特定试验建立描述一般应力状态饱和软黏土单元不固结不排水循环强度的变化关系。

波浪荷载作用下非均等固结饱和粉土孔压特性研究

选用近海地区分布广泛的粉土作为研究对象,利用空心圆柱仪进行了模拟波浪荷载作用下的循环三轴-扭剪耦合试验,探寻非均等固结条件下饱和粉土孔隙水压力的发展特性。试验结果表明:非均等固结条件下,饱和粉土孔压比与广义剪应变之间的关系符合双曲线发展形式,孔压比与振次比之间的关系可以用幂函数来较好地拟合。根据极限状态的摩尔—库仑定律,推导了少粘性粉土孔隙水压力极限值计算方法,并将计算值与试验值进行了比较。孔压比和固结比的计算值与试验值之间均符合直线型关系,且固结比越小,计算值与试验值之间的差异越小。

主应力方向变化对松砂不排水动强度特性的影响

针对相对密度为Dr=30%的福建标准砂,利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了扭转和竖向循环耦合剪切试验和循环扭剪试验。通过对比三向非均等固结条件下的两类试验结果,着重研究了初始主应力方向变化和振动过程中主应力方向连续变化对松砂的动强度特性的影响。