循环荷载作用下泥岩累积应变规律研究

选取成都地区的泥岩为研究对象,开展分级循环加卸载试验,探究循环次数和动应力幅值作用下试样的轴向累积应变规律。试验结果表明:试样的轴向累计应变随着振动次数的增加而增加;随着动应力幅值的增加,试样的轴向累计应变随之增加。研究结果可为西南地区铁路的安全运行提供依据。

变围压循环荷载作用下珠江三角洲软土动力特性试验研究

列车循环荷载作用下软土地基产生较大沉降。以往动三轴试验模拟列车循环荷载时主要分析循环偏应力对软土动力特性的影响,而较少考虑循环围压的作用。基于此,采用GDS动三轴试验系统对珠江入海口饱和软土开展了一系列不排水变围压循环三轴试验,分析循环偏应力和循环围压耦合效应对饱和软土累积轴向应变、孔压以及阻尼比的影响。结果表明:累积轴向应变和归一化阻尼比随循环围压的增大而减小,最大孔压和最小孔压均随循环围压的增大而增大。当循环加载次数N=1 000,应力路径斜率η=0.33增长至η=1.00、2.00时,累积轴向应变ε_(p)=4.04%下降至ε_(p)=3.52%、2.45%,归一化阻尼比λ_(N)/λ_(1)=0.253相应变化为λ_(N)/λ_(1)=0.269、0.217,最大孔压由u_(max)=60.55 kPa分别增长至u_(max)=79.25和104.51 kPa,最小孔压由u_(min)=58.69 kPa分别增长至u_(min)=71.12和80.90 kPa。在此基础上,建立了饱和软土累积轴向应变计算模型,并进行了验证。

循环荷载作用下非饱和盐化粉土动力特性

西北地区机场若采用盐化粉土进行道基填筑,在飞机滑行荷载重复作用下,道基累积变形将成为影响机场服役性能的关键。为此,选取北方某地区粉土开展动三轴试验,研究循环荷载下不同含盐量(质量分数)对粉土动力特性的影响,并提出以累积塑性应变4%作为道基破坏标准的盐化粉土动强度预测模型。结果表明:随动应力幅值的增加,盐化粉土塑性变形逐渐由塑性安定状态向增量破坏转变;含盐量对粉土累积轴向应变、动模量、临界动应力有明显影响;相同动应力幅值下,当含盐量由0增加至5%时,试样累积轴向应变以1%含盐量为界限呈先减小后增加的趋势;低动应力幅值下,试样动模量随含盐量增加而逐渐衰减;从微观上对盐化粉土在1%低含盐量时强度短暂增强、高含盐量时强度逐渐衰减的现象进行分析,盐化粉土试样强度与土体孔隙中离子浓度以及土体颗粒排列方式有关;根据盐化粉土动强度预测模型,可得1%含盐量的土体塑性安定临界值约为5%含盐量土体的2.2倍。研究结果可为盐化粉土地区机场道基承荷能力设计提供参考。

单向循环荷载作用下饱和软黏土的性状研究

模拟交通荷载的作用,对珠江三角洲地区的高液限饱和软黏土和低液限饱和软黏土分别进行单向加载的循环三轴试验,研究饱和软黏土在压缩循环荷载下的轴向累积应变和累积孔压的发展情况,并充分考虑轴向循环压力大小、围压与塑性指数等因素对饱和软黏土性状的影响。试验结果表明:(1)单向循环荷载作用下,饱和黏土存在着临界循环应力,对于同一种土、不同围压下的临界循环应力,可引入临界循环应力比,用饱和黏土在各个围压下的不排水强度对临界循环应力进行归一化处理。(2)临界循环应力比的大小与饱和黏土的塑性指数有关,塑性指数越大,临界循环应力比越小。(3)循环应力大于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是破坏型的。(4)循环应力小于临界循环应力时,累积轴向应变与累积孔压随循环次数变化的曲线是衰减型的,在相同的加载条件下,塑性指数大的试样累积变形和累积孔压均比塑性指数小的累积变形和累积孔压发展得快。(5)在单向循环荷载作用下,饱和黏土破坏时,孔压均没有达到围压值,只有围压的60%～70%。该研究成果可为交通荷载作用下软土地基沉降分析提供有益的参考。

循环荷载作用下土石混填料的蠕变模型研究

为了研究土石混填料在循环荷载作用下的轴向累积应变特性,以土石混填料为研究对象,开展了室内大型动三轴试验,研究了不同动应力幅值和围压对土石混填料轴向累积应变的影响及动孔隙水压力的变化规律,并对轴向累积应变预测模型进行了分析。试验结果表明:土石混填料的轴向累积应变可根据安定性理论划分为塑性安定、塑性蠕变、增量破坏3种类型,且动应力幅值σd越大,试样的轴向累积应变就越大,围压σ3越大,试样的轴向累积应变就越小。动孔隙水压力曲线与对应动应力幅值的轴向累积应变曲线是同一发展类型。针对土石混填料蠕变型轴向累积应变的发展特点,提出了修正后的改进模型,并验证了模型的可行性,该模型能很好地适用于拟合“塑性蠕变型”应变曲线。

海底粉土动力特性的试验研究

为了对杭州湾海底粉质土在波浪荷载作用下的动力特性进行研究,选用杭州湾地区分布较广的粉土,通过一系列模拟不同振动频率的波浪荷载的动三轴试验,探讨了振动频率的变化对粉土动应变、动孔压和动强度的影响。试验结果表明:波浪荷载作用下振动频率的大小对土体的累积轴向应变和动强度有较大影响;振动频率的变化对动孔压的发展趋势的影响不明显,同时围压对动孔压比的影响很小,动孔压比与累积轴向应变的关系曲线具有良好的归一性。

重载铁路路基低液限粉土动力变形特性试验研究

低液限粉土是朔黄重载铁路路基的主要填料,通过一系列室内循环动三轴试验,研究循环荷载频率、动应力比、固结度和饱和度(含水率)等参数对低液限粉土动力变形特性的影响。研究结果表明:低液限粉土填料的轴向累积应变-振次关系曲线分为稳定型和破坏型,轴向累积应变随动应力幅值增大而增大,动应力超过临界动应力值,累积应变明显增长直到破坏。累积应变随振动频率的增大而增大;随固结比的增大而减小;饱和度(含水率)越大,对应的累积塑性应变越大,到达破坏所需的破坏振动次数越低。建立"稳定型"和"破坏型"累积轴向应变-振次关系的经验公式:张勇经验公式和Monismith指数公式。研究结果对重载铁路路基动力稳定性分析评价具有参考价值。

循环荷载下加筋砾性土填料的动三轴试验分析

为探究循环动载作用下加筋砾性土填料的动力特性,在不同加筋层数和围压下对加筋砾性土进行了固结不排水动三轴试验,研究加筋层数和围压对加筋砾性土动力特性的影响,并进一步分析了加筋砾性土轴向累积应变发展机制。研究表明:加筋层数增加时,轴向累积应变减小,回弹模量增大,且加筋作用的影响幅度逐渐衰减;增大围压时,土体轴向累积应变减小,回弹模量和动孔压均随之增大;随着加筋层数和振次的增加,滞回曲线逐渐向应力轴靠近,滞回圈面积逐渐减小,土体耗能作用减弱。基于安定理论和间接影响带理论,揭示了加筋作用对轴向累积应变发展的影响机制。建立了能够反映加筋层数的加筋砾性土轴向累积应变预测模型,其条件参数α、b、γ与加筋层数呈线性关系,可有效预测循环荷载下加筋砾性土路基沉降变形规律。

主应力轴旋转下K_0固结饱和粉质黏土孔压及变形特性试验研究

主应力旋转将加速孔压和塑性应变的累积,影响土体的力学特性。为研究主应力轴循环旋转对K_0固结饱和粉质黏土孔压和变形的影响,利用GDS-HCA试验系统开展了不同应力路径的K_0固结饱和粉质黏土不排水循环三轴试验和循环扭剪试验,研究了主应力轴循环旋转对K_0固结饱和粉质黏土累积塑性应变、孔压等动力特性的影响。结果表明:动剪应力幅值、心形应力路径所包围的面积、循环偏应力幅值等均随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。试样未发生破坏时,K_0固结饱和粉质黏土的孔压比随着振动荷载作用次数的增加而增大;当试样发生破坏时,孔隙压力迅速消散,孔压比急剧下降。循环扭剪试验时试件产生的轴向累积塑性应变始终大于循环三轴试验产生的累积塑性应变,说明主应力轴循环旋转会加速试件轴向应变的累积。试件的累积塑性应变随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。循环动应力比越大时,主应力轴旋转造成的轴向累积塑性应变差异越显著。在Monismith幂次函数模型的基础上,建立了主应力轴循环旋转条件时K_0固结饱和粉质黏土累积塑性应变方程,并对模型的可靠性进行了分析和验证。

循环动载下土工格栅加筋砾性土动力特性试验分析

为探究相同动应力比和相同动应力幅值下围压对加筋砾性土动力特性的影响,通过GDS动态三轴测试系统开展了土工格栅加筋砾性土动三轴试验。研究了相同动应力比和相同动应力幅值下围压对加筋砾性土轴向累积应变、回弹模量、动孔压的影响。结果表明:动应力比相同时,围压增大轴向累积应变随之增大,而动应力幅值相同时其规律恰恰相反;随围压的增大,回弹模量和动孔压均增大;相同动应力幅值时,回弹模量在振动初期的衰减较为明显,围压为120 kPa时衰减现象最为显著;随着围压的增大,动孔压均呈增大趋势,而孔压比基本维持在0.5左右,表明加筋砾性土具有良好的抗液化性能。

不同动应力比下加筋前后砾性土的动三轴试验分析

针对加筋前后饱和砾性土填料的动力特性,开展循环荷载下饱和砾性土动三轴试验。对比分析不同动应力比下加筋作用对饱和砾性土轴向累积应变、回弹模量和动孔隙水压力等动力特性的影响,并对不同动应力比下的轴向累积应变与振次关系进行拟合分析。结果表明:加筋前后,试样的轴向累积应变均随动应力比的增大而增大;与加筋前相比,加筋后的试样轴向累积应变均有减小;加筋前后,试样的回弹模量均随动应力比的增大而增大,且加筋试样的回弹模量均大于无筋试样;随着动应力比的增大,无筋试样的动孔隙水压力减小,加筋试样动孔隙水压力变化不大。加筋前后,砾性土轴向累积应变与振次的拟合公式和拟合参数可为预测加筋砾性土在长期循环荷载作用下的累积变形提供参考。

单幅值动载下加筋红黏土路基动三轴试验分析

为探究红黏土路基在循环荷载作用下的动力特性,以柳州红黏土为试验研究对象,在不同加筋层数下对加筋红黏土进行固结不排水动三轴试验,研究加筋层数对加筋红黏土动力特性的影响。试验结果表明:加筋红黏土的轴向累积应变随着加筋层数的增加而减小,但加筋的增幅作用呈现递减趋势,从无筋试样开始,相邻加筋层数轴向累积应变降低的幅度分别为14.5%、10.6%和6.4%;随着加筋层数和振次的增加,加筋红黏土的回弹模量逐渐增大,但是加筋对土体回弹模量的增强效果并不显著;加筋能有效减小加筋红黏土的体应变,且随着加筋层数的增加,加筋效果越显著,3层加筋相比于2层加筋,体应变降低的幅度达75.04%;利用滞回圈斜率k描述土体刚度和弹性性能,随着加筋层数和振次的增加,k值先平缓上升,随后迅速增大,说明土体的刚度和弹性得到提高,但加筋效果与加筋层数并不成正比。

石灰改良路基填料的动力特性试验研究

利用GDS动三轴仪对石灰改良路基填料开展动三轴UU试验,以石灰掺量、围压及动应力幅值为变量,分析了石灰改良土的累积轴向应变及应力应变滞回特性的变化规律。试验结果表明:首级加载下,各土样的轴向变形随循环加载次数增加先增大后趋于稳定,素土变形最大,2 000次振动后累积轴向应变接近6%,各石灰改良土在2 000次振动后累积轴向应变低于2%,其中L_C=6%约0.57%;同一石灰掺量下,土体变形随动应力幅值增大而增大,随围压增大而减小;土样的应力应变滞回圈随围压增大越靠近竖轴,面积越大,抵抗变形能力变强,滞回圈随动应力幅值增大距离竖轴越远,抵抗变形能力越弱。

EPS颗粒混合轻质土反复荷载下变形和阻尼特性

通过反复荷载三轴剪切试验研究了EPS颗粒混合轻质土在反复荷载下的变形和阻尼特性,分析了不同围压、不同水泥掺入比及不同土质条件下轴向累积应变、回弹模量及阻尼比随轴向总应变的变化规律。结果表明:轴向累积应变与轴向总应变呈线性关系,与轴向总应变的比值较大,且在不同条件下基本不变;回弹模量随围压和水泥掺入比的增大而增大。在一定的围压和水泥掺入比下,当应变小于8%时,砂土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量大于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量;当应变大于8%时,情况相反。回弹模量与轴向总应变的关系曲线可用递减的幂函数来拟合;EPS颗粒混合轻质土的阻尼比随轴向总应变的增大而增大,随围压和水泥掺入比的增大而减小,砂土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比小于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比,但以上变化和差别都非常小,阻尼比基本保持为一常数。

考虑循环围压与振动频率影响的饱和软黏土动力特性试验研究

利用GDS变围压动三轴试验系统对宁波重塑饱和软黏土进行了一系列变围压不排水循环加载试验,重点研究了循环轴向偏应力和循环围压耦合作用下饱和软黏土不排水动力特性,分析了循环围压、振动频率对轴向累积应变及孔压的影响。研究结果表明:不排水条件下,循环轴向偏应力和循环围压耦合作用对试样的累积塑性应变发展具有一定的限制作用,轴向累积应变随应力路径斜率η及振动频率f的增大而减小。不同应力路径斜率、振动频率影响下,应变率随加载时间的变化规律一致,应力路径斜率η对应变率-时间关系影响较为明显,随着应力路径斜率η的增大,应变率减小,而不同振动频率条件下的应变率-时间关系曲线几近重合。最大孔压随循环围压的增加而增大,而随振动频率的增加而减小。在上述试验结果基础上,建立了呈线性关系的应变率与加载时间关系表达式。

部分排水时饱和粉质黏土变围压循环三轴试验研究

围压循环变化将引起土体孔压累积,加剧土体累积塑性应变,导致地基灾变事故。为研究围压循环变化对饱和粉质黏土变形特性的影响,利用GDS双向振动三轴仪,进行部分排水时饱和粉质黏土的变围压循环三轴试验,研究不同应力路径斜率和循环动应力比时饱和粉质黏土的孔压、轴向累积塑性应变和体应变发展规律,建立部分排水条件时考虑循环围压和循环动应力耦合作用的地基粉质黏土累积应变数学模型。试验结果表明:部分排水时饱和粉质黏土孔压、轴向累积塑性应变和体应变均随循环动应力比和应力路径斜率的增大而增大;动孔压比随着振动次数的增加明显分为急剧增加、快速下降和持续平稳3个阶段;轴向累积塑性应变和体应变均随振动次数的增加而增大。当加载次数超过2 500次时,粉质黏土孔压趋于平稳,变形速率略有降低,但变形持续增加。补充试验结果表明,所建立模型与试验结果具有较高的一致性。研究结果将为交通循环荷载导致的地基灾变控制技术提供理论依据。

P_(5)含量对路基粗粒土动力特性影响规律试验研究

为了研究P5含量对粗粒土动力特性的影响,开展不同P_(5)含量粗粒土的大型振动三轴试验。试验结果表明:当P_(5)=10%~70%时,增加P_(5)含量能显著增大试样最大动弹性模量,P_(5)含量从50%增至70%时,最大动弹性模量增长26.2%。当P_(5)=70%~90%时,最大动弹性模量呈下降趋势。试样最终轴向累积应变,最大阻尼比随P_(5)含量增加先减小后增大,在P_(5)=70%时达到最小值。在振次N=1 000次以前试样完成大部分变形累积,且轴向累积应变增长速率不断减小;在振次N>1 000次以后,轴向累积应变增长速率保持在一个较低水平,试样只有很小的累积变形,曲线趋于稳定,表明试样在该级荷载下处于稳定状态,其动力响应也趋于弹性。

车辆加载下煤矸石路基填料变形特性研究

通过一系列的不排水三轴循环加载试验研究了煤矸石填料在车辆反复加载下的轴向应变累积特性,试验过程中考虑了循环动应力水平、固结围压以及加载频等影响因素。试验结果表明在其他试验条件相同的情况下,煤矸石填料的轴向累积应变随着循环动应力幅值的增大近似呈幂函数增长,但随着固结围压的增大近似呈幂函数衰减。此外,煤矸石填料在高频加载下的轴向累积应变低于低频加载的情况且受循环动应力幅值和固结围压的影响。

交通荷载作用下聚氨酯加固海砂动力特性

采用聚氨酯型固化剂对我国某地海砂进行改良处理,以快速提升其浅层地基承载能力,为定量评价其固化性能,研发适用于聚氨酯固化海砂的空心圆柱制样方法,开展了不同动应力比及加载频率下的固化前后海砂的空心圆柱扭剪试验,并结合SEM结果分析微观加固机制。试验表明:未固化试样的应变及孔压发展随动应力比的变化呈现3种形式,试验所得围压频率一定时临界动应力比η’=0.33。固化前的海砂在不同频率条件下,频率f越小,循环荷载的累积效应越明显,应变与孔压的发展速率越快,并以f=1.5 Hz为界,呈现两种发展趋势。固化后的海砂抗变形能力大大加强,在改变动应力比及频率两组加载条件下的轴向累积应变均不超过0.7%,且孔压发展限制均不超过20 kPa,部分加载条件孔压出现负值,产生剪胀现象。SEM结果分析表明,固化剂反应后占据了砂土内部的部分孔隙,反应生成的固化膜联结在一起,与砂颗粒形成了一种“砂粒嵌裹于固化膜”的稳定的空间结构,同时增加了试样的相对密实度,使颗粒重新排列阻力增大,从而极大提升了固化试样的力学性能。

熔融石英砂动力特性动三轴试验

为探究振动荷载作用下熔融石英砂液化破坏过程中动变形和动强度变化规律,促进透明土技术在岩土工程动力特性可视化模型试验中的推广和应用,对构成透明砂土骨架结构的典型粒径(0.5~1.0 mm)熔融石英砂开展饱和试样动三轴试验;研究了不同围压、加载频率和动应力比等试验条件下熔融石英砂试样的累积轴向应变、动孔压发展模式、动应力衰减、动弹性模量和阻尼比的变化规律,并将试验结果与相同级配的标准砂进行了对比。分析结果表明:熔融石英砂累积轴向应变随动应力比的增大呈现出由稳定型向破坏型转变的趋势,加载频率为0.5~1.5 Hz时,临界动应力比为0.150~0.175,小于标准砂的0.200~0.225;升高围压、增大动应力比、降低加载频率会加快试样塑性应变累积,缩短液化破坏时间;熔融石英砂孔压发展模式随围压增大逐渐由Seed孔压模型向指数型过渡,增大加载动应力会加剧液化破坏后孔压的振动幅度;相同动应力比下,熔融石英砂与标准砂的动应力与动应变呈现线性相关,在围压大于200 kPa时,二者动应力衰减幅度随围压的增大而逐渐减小;熔融石英砂的动弹性模量和阻尼比表现为线性关系,动弹性模量随动应变的增大呈现出双曲线型减小的趋势,并随围压的增大而增大;阻尼比随动应变的增加先增大后基本稳定在0.22,发展曲线受围压影响较小。