循环荷载下冻土的滞回圈演化规律

对-1℃的冻土试样在频率5 Hz的循环荷载下进行了单轴压缩试验,探讨了冻土在循环荷载下的滞回圈演化规律。结果表明:累积应变与循环次数的关系曲线可分为破坏型和稳定型。对于破坏型曲线,循环过程中滞回圈表现出从稀疏—紧密—略微稀疏的变化特征,滞回圈的不闭合程度和面积都呈现出从大—小—略微变大的特征;对于稳定型曲线,循环过程中滞回圈表现出从稀疏—紧密的变化过程,滞回圈的不闭合程度和面积整体上看都比较小,且有逐渐变小的趋势。无论破坏型还是稳定型曲线,各个循环的卸载段始终表现出应变滞后于应力;对于破坏型曲线,初始循环的加载段应变滞后于应力,到一定循环次数后应变基本与应力同步,滞回圈呈柳叶型;对于稳定型曲线,初期循环的加载段应变基本与应力同步,到一定循环次数后应变超前于应力,滞回圈呈新月型。最大动应力越大,滞回圈的面积越大,每个循环中的能量耗散越多,试样越容易破坏。

显式模拟类橡胶材料Mullins效应滞回圈

通过显式、直接的方法提出一个多轴可压缩应变能函数,用来模拟类橡胶材料在加载-卸载作用下,由于Mullins效应而产生的应力-应变滞回圈.本文的创新点在于将表征能量耗散的变量引入到应变能函数.新的弹性势具有以下两个特点:第一,在加载情况下,新引入的变量不会对弹性势产生任何影响,因此,只要给出合适的形函数显式表达,3个基准实验,包括单轴拉伸和压缩,等双轴拉伸和压缩,以及平面应变,都可精确模拟;第二,新引入的变量在卸载情况下将被激活.在不同的卸载应力下,变量将发生改变,从而影响弹性势,使其最终产生不同的应力-应变关系卸载曲线,与对应的加载曲线共同构成应力-应变滞回圈.通过对Mullins效应实验数据进行分析和研究,得出了卸载形函数在不同卸载应力下变化的规律,并预测不同卸载应力下的应力-应变关系.最后,我们将得到精确匹配实验数据的数值模拟结果,从而证明本文方法不仅可以精确匹配至少3个基准实验,还可以模拟和预测类橡胶材料在加载-卸载作用下由于Mullins效应而产生的滞回圈.

水平循环荷载下单桩滞回圈特性模型试验研究

选取典型的中砂作为土体,通过单桩的室内模型试验方法研究了单桩在砂土中的桩身滞回圈随着循环次数和加载力大小改变的变化规律,试验结果表明,水平方向循环荷载作用下,在高次循环加载中,滞回圈的变化主要为力逐渐变大、位移逐渐变小,变化主要集中在前1万次左右,之后趋于稳定;随着加载力的逐渐变大,滞回圈的变化速度也逐渐加快,很快就趋于稳定。

基于滞回圈法的土基回弹模量检测方法

基于原来承载板法测回弹模量加载方式存在的一些问题,结合试验过程中得出的经验,对承载板试验的加载方式进行改进,推荐了一种更科学的加载方式及数据处理方法,从而为路面设计提供更准确、可靠的模量值。

高聚物胶凝戈壁土的动模量及阻尼比试验研究

高聚物胶凝戈壁土是将高聚物掺入戈壁土中,可有效提高原状戈壁土的基本性质。采用中型动三轴试验研究了在不同高聚物质量比、围压、固结比、加载频率工况下高聚物胶凝戈壁土的动弹性模量和阻尼比变化规律。结果表明:高聚物质量比R_(p)对动弹性模量和阻尼比影响较大,在动应力比(cyclic stress ratio, CSR)为0.157时,动弹性模量随R_(p)增大呈线性增长;CSR>0.157后随R_(p)增大动弹性模量先增大后减小,在R_(p)为3%时出现峰值;在相同CSR下,天然戈壁土在振动荷载下产生的残余应变比高聚物胶凝戈壁土的大,当R_(p)为3%时经过5次振动后的残余应变仅为天然戈壁土的18.4%;阻尼比随R_(p)的增大略有降低。基于沈珠江动力模型,建立了考虑高聚物质量比影响的修正模型,并通过试验验证了修正模型的适用性。研究成果可为高聚物戈壁土的动力分析和工程应用提供理论依据。

低围压循环荷载作用下饱和粗粒土的动力特性与骨干曲线模型研究

基床层是铁路路基的核心组成部分,一般为粗颗粒土,厚约2.5~3.0 m,长期直接承受行车荷载的反复作用,其在动载反复作用下的变形特性是评价路基工作性能的关键要素之一。为研究粗粒土在列车循环荷载作用下的应力-应变特性,开展了一系列应力控制的单向循环加载大型动三轴试验,模拟列车动载和路基粗粒料填筑实际情况,包括不同动应力幅值（模拟不同列车轴重）、不同围压（模拟不同埋深）的动三轴持续振动试验。结果表明,在循环荷载作用下,土体刚度变化与振动次数、围压关系密切。根据动应力幅值大小的不同,循环荷载作用下饱和粗粒土的动应变随振次的发展形态可分为3种类型：稳定型、破坏型和临界型。根据试验所得出的动应力-应变关系曲线特点,建立了含围压和循环振次的骨干曲线模型。与传统的骨干曲线模型相比,该模型能反映土体刚度随循环振次的变化,更能反映列车往复作用的实际情况;同时该模型能用于估算路基土体动强度,对铁路路基核心层的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计具有参考价值。

应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应

南京砂岩、合肥砂岩在频率为0.5～25 Hz的循环加载实验中取得了滞回曲线,其非稳定部分主要由加工硬化阶段产生的微损伤引起,且滞回曲线随频率的增高朝稳定滞回圈发展,随循环数增加,滞回圈由稀变密,滞回圈面积减小。从3方面阐明了循环加载的应变硬化和软化响应:在恒应力控制下轴向应变幅值减小,应变振幅随应力振幅的增大逐渐增大,随应变振幅的增大其模量减小。

一种土的阻尼比近似计算方法

提出了一种用多边形逼近滞回曲线计算土的阻尼比的方法,该方法可直接利用试验数据进行计算,算法可重复利用,使得阻尼比的计算工作得以简化。将其与传统的椭圆拟合方法计算结果进行了对比,由于实测的滞回圈不是标准的椭圆,两者的计算结果存在一定的差异。

泥质砂岩动弹模阻尼及能量耗散特性试验研究

针对煤矿矿区受爆破地震波影响下泥质砂岩斜坡的稳定性问题,利用MTS 815试验机开展了波形为正弦波、频率1 Hz的岩石动三轴试验,对滞回圈应力—应变数据进行了准确分析,计算了泥质砂岩的动弹性模量及阻尼参数,以及在循环动力作用下单位体积能、单位弹性能、单位耗散能的演化规律。研究中发现耗散能与围压水平、动应力水平两者之间呈幂函数关系。对试验中出现的"突增或突减"现象进行了讨论和分析,初步归因于岩石具有蓄能的特性和动应力的"触发效应"、"累积效应",并指出这与天然或爆破地震波能触发斜坡崩塌的机理是一致的。本试验旨在为受爆破地震波影响的泥质砂岩斜坡稳定性分析指明研究方向和提供基础性的研究指标。

动弹模量阻尼比测试技术与归一化特性研究

动弹模量与阻尼比是土动力分析最基本的力学参数,一般通过较小应变范围的动三轴试验得到,测试技术的可靠性与试验参数求取的准确性是进行抗震安全性评估的关键。通过室内动三轴试验,比较了力与位移传感器内置与外置、不同相对位置等因素对滞回圈、动弹模量与阻尼比的影响,提出了针对存在残余变形的不闭合滞回圈的动弹模量与阻尼比的计算方法,比较了频率、围压、固结比等因素对试验成果的影响规律及特征,并在Janbu公式中引入固结比的幂函数影响因子,对不同围压、不同固结比下的动弹模量阻尼比进行了归一化特性研究。研究成果有利于提高国内科研机构在土动力参数测试方面的能力,对抗震工程与科研有积极的参考价值。

等压固结条件下湘江饱和砂土动力特性研究

在大量的动三轴试验基础上,研究了等压固结条件下湘江饱和砂土振动孔隙水压力、应力应变滞回圈以及应力路径的发展变化规律。研究结果表明:孔压发展变化过程与土体的剪胀、剪缩密切相关;孔压与轴向动应变之间的变化关系显示饱和砂土具有明显的各向异性;从孔压与滞回圈面积累积之和的关系看,孔压的增长伴随着能量的损失;对于围压较大的情形,用ExpAssoc函数进行拟合效果较好。隧振次增加应力应变滞回圈也在发生变化,第一阶段滞回圈呈倒置的帽子形,第二阶段呈菱角形状。在振动初始阶段,应力路径基本上呈倾斜的直线变化;随孔压的增加,加载和卸载两条应力路径逐渐分开,呈纺锤形。

土工建筑物动力真非线性分析的量化记忆模型

运用量化记忆模型,将土工建筑物的动力真非线性分析中滞回圈上任意点的塑性模量映射为简单的分段线性关系,通过量化记忆和插值计算无量纲距离δ,进而确定塑性模量,从而使土工建筑物的动力真非线性分析简单易行。量化记忆(以下简称SM)模型先以弹塑性理论为基础,将单调加载情况下的应力-应变曲线的非线性剪切模量映射为量化模量在几何空间上的分段线性分布,再以Masing准则为基础,在循环加载情况下,对这种简化的几何分布进行变化调整,使其生成非线性变化的剪切模量。将非线性问题转化为线性问题进行处理,大大简化了非线性计算的复杂性。通过对某筑坝爆破料动力三轴试验曲线的拟合,可以看出量化记忆模型能很好地模拟土的滞回特性。

饱和橡胶颗粒-砂混合料的动力学特性

将废旧轮胎加工粉碎后与砂混合制成橡胶颗粒砂混合料,并对其进行了循环三轴试验研究.结果表明:随着橡胶掺量(wR)的增大,橡胶颗粒砂混合料破坏振次(N^(f))呈先减小后增大的趋势,在循环应力比不同的条件下,N^(f)达到最小值所需的橡胶掺量有所差异;随着橡胶掺量的增大,橡胶颗粒砂混合料双幅剪应变幅值与循环振次比的关系曲线由突变增长型慢慢过渡到线性增长型;当w R=0%~20%时,橡胶颗粒砂混合料的动力学特性与纯砂相似;当w R=30%~50%时,随着橡胶掺量的增大,橡胶颗粒砂混合料的动力学特性由砂土向橡胶颗粒逐步转变;当橡胶掺量超过70%时,橡胶颗粒砂混合料的动力学特性与纯橡胶颗粒一致.

粘土的动力特性试验

通过GDS动三轴试验,以某实际工程场地粘土为研究对象,研究了粘土的动模量和阻尼比特性。研究结果表明,1/Ed-εd关系曲线可近似用直线方程来描述,固结围压与振动频率对阻尼比的影响较小,而随固结比的增大,阻尼比曲线呈现跳跃式变化。通过对各试验参数建立一定精度范围内的经验公式,发现(Edmax/Pa·kc)-(σm/Pa)关系曲线进行归一化处理后可采用直线方程来描述,(λd/λdmax)与(1-Gd/Gdmax)关系曲线进行归一化处理后可用幂函数来描述,其归一化方程使用方便,可为实际工程应用提供参考。

描述饱和土热固结过程的一个非线性模型及数值分析

基于多孔介质热–水–力耦合过程理论模型,给出饱和土的热固结控制方程及状态方程。考虑温度和孔隙水压力对排水模量的影响,建立了弹性模量的非线性表达式。且与已有热固结试验结果进行了对比,计算结果与试验结论基本相符。分析表明：饱和土试样中孔隙水渗透率的变化,对水压力消散及体应变的演化过程有非常明显的影响;等温排水固结过程中固体基质被压缩且体应变的变化较大,而升温不排水过程中固体基质有发生膨胀的趋势;重力影响下,饱和土试样上部体应变较下部体应变大;温度荷载加载等级的增加,使得饱和土试样中不断产生较大的孔隙水压力,且随孔隙水的排出整体平均体应变逐渐增大。

筑坝土石料的变参数Ramberg-Osgood模型及其适应性研究

被广泛采用的等价线性黏弹性模型不寻求土体动应力-应变的具体表达式,无法给出能量耗散函数,为深入研究筑坝土石料动力变形机制带来不便。变参数Ramberg-Osgood模型(简称R-O模型)通过变动两个参数以适应土体动模量衰减和阻尼增长,并给出滞回圈的数学表达式。研究中讨论了变参数R-O模型的适应范围,发现该模型不适合描述土体的小应变动力特性,给出了筑坝土石料变参数表达式,绘制了与试验曲线相协调的应力应变滞回圈。可以看出变参数R-O模型能够较好地描述筑坝土石料的动力特性,为进一步研究筑坝土石料的动力耗散与变形机制奠定了基础。

水平循环荷载作用下单桩桩顶位移变化模型试验研究

为了探究海上桩基础在长期受到水平循环荷载作用下的变形规律,选取典型的中砂作为试验土体,开展砂土中单桩水平荷载作用下的模型试验。获得了高次循环荷载下不同加载力及不同频率作用下的桩顶位移循环弱化的变化规律。试验结果表明:循环次数及加载力对桩顶位移变化影响显著,在水平循环荷载作用下,相同频率,加载力越大位移越大;而频率的改变对桩顶位移的影响不大;桩顶滞回圈的变化主要集中在前1万次并随后达到桩土相对稳定状态。研究成果为保证海上桩基的可靠性提供了具有价值的参考。

岩石动三轴试验中动弹性模量定义的改进方法研究

在岩石动三轴试验中,动弹性模量通常采用由滞回圈动应力-应变数据点中的最大、最小应力点之间的割线斜率的定义。此方法存在滞回圈全部点中只利用了两个试验点的不足之处。文章基于动弹性模量基本定义,对其进行了改进处理,充分考虑了滞回圈全部的应力-应变数据点,并与通常的定义进行了比较,显示出改进方法的良好适用性。本文所提的改进方法,可为相关的研究提供参考和借鉴,但从科学研究的严谨性方面考虑,尚缺少足够的理论分析和更多的案例证明,有待于进一步的实践检验。

圆形应力路径下软黏土的动力特性试验研究

实际交通荷载作用下,路基土单元内的竖向应力和水平应力大小不断发生变化,剪应力幅值和方向也不断变化,从而导致土体中的应力路径呈现出主应力轴连续旋转的现象。通过GDS空心圆柱扭剪仪模拟类似交通荷载作用下的应力路径,开展不同围压和不同循环应力比下的主应力轴连续旋转试验,旨在研究在交通荷载类轴向纯压缩条件下主应力轴方向连续旋转时循环应力比与围压对原状软黏土的强度、累积应变、回弹应变、软化等因素的影响。试验结果表明:随着孔压的不断累积,原状饱和软黏土试样逐渐软化,轴向模量和剪切模量均随着循环应力比和围压的增加而逐渐降低,并在主应力轴旋转一定的循环次数后达到稳定。当循环应力比较小时,轴向和剪切应力-应变滞回曲线均呈线性,不同主应力轴循环旋转次数下的轴向和剪切应力-应变滞回曲线近乎重合。随着主应力轴循环旋转次数的增加,轴向和剪切应力-应变滞回曲线越来越表现出明显的非线性,不同循环次数下试样的轴向和剪切应力-应变滞回圈不再重合且滞回圈逐渐向x轴倾斜。随着循环应力比的增加,在主应力轴连续旋转初期,轴向模量和剪切模量迅速衰减,且随着循环次数的增加而达到稳定,并且试样的轴向模量和剪切模量达到稳定时的主应力轴连续旋转的循环次数随循环应力比和围压的增大而不断增大。

基于相关函数理论的动模量和阻尼比计算新方法

基于相关函数理论,提出一种新的计算动三轴试验动模量和阻尼比的方法。假设土体为黏弹性体,采用自相关函数分析应力、应变波形的平均幅值,进而计算动模量;采用互相关函数分析应变滞后于应力时程波形的相位差,进而计算阻尼比。利用饱和珊瑚砂、南京细砂和原状粉质黏土的不排水应变控制分级循环加载试验数据,分析结果表明:动模量和阻尼比计算的相关函数法对不同土样具有普适性;应变幅值小于1×10^(-4)时,相关函数法计算动模量及阻尼比的精度明显优于传统的滞回圈法;应变幅值大于1×10^(-3)时,土体呈现强非线性特性,应力-应变滞回圈不对称,相关函数法计算的阻尼更为可靠。