基于累积Benioff应变释放趋势拟合分析及预测

中强地震之前,在震中区及其周围区域会出现地震活动增强或者减弱的变化现象,反映在地震能量的释放上就表现为"加速"或者"减弱".基于地震活动稳定发展的假定,本文对1970-2010年间苏鲁皖交界处累积Benioff应变释放序列进行构造,采用多种不同的非线性函数对各个应变累积趋势进行拟合,并对拟合结果进行误差分析,同时计算得出了未来1-3年的应变释放量和其对应的最大震级.

断层锁固段累积Benioff应变与剪切应变的等效性

基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,阐明了断层锁固段累积Benioff应变(CBS)与剪切应变等效性成立的条件.此外,还给出了详细的CBS值计算方法.实例分析表明,断层锁固段CBS与剪切应变等效,且其是容易测定的物理量,可用于大地震孕育过程分析.

循环荷载下加筋砂土累积应变特性试验研究

为研究加筋在砂土循环加载过程中产生的影响,以高密度聚乙烯(HDPE)网格作为加筋材料,对实际工程场地所取砂土试样开展动三轴试验,研究不同加筋层数和不同加筋间距下砂土轴向累积应变的演化趋势,并对筋材在试验过程中发挥影响作用的机制进行分析。研究结果表明:加筋能减少砂土轴向累积应变,加筋层数越多,对轴向累积应变的削减作用越强,但通过增加筋材层数带来的加筋效果增幅逐渐减小;不同加筋间距下轴向累积应变曲线均符合改进Monismith模型,在间距为80 mm时,轴向累积应变显著降低。加筋在砂土中产生影响作用的方式主要有两种:一是通过自身的弹性性能发挥作用,筋材的弹性变形恢复,导致其附近砂土颗粒的位移减少;二是在筋土界面处产生更好的咬合作用以形成似黏聚力,从而产生影响。研究结果可为加筋作用机理的深入研究提供参考。

冻融循环作用下黄土累积塑性应变演变规律

为探究黄土路基在冻融循环和交通荷载耦合作用下的累积塑性应变变化规律,选取西宁地区重塑黄土为研究对象,采用GDS双向动三轴测试系统对其进行一系列动三轴试验,研究不同冻融循环次数、围压、动应力幅值以及频率对累积塑性应变的影响规律,并通过引入拟合参数建立考虑多因素的累积塑性应变预测模型。结果表明:累积塑性应变随冻融循环次数的增大而增大,在6次冻融循环后增长速率减缓且趋于稳定;减小动应力幅值和增大围压能显著抑制累积塑性应变的发展;加载初期累积塑性应变随频率变化不明显,随着振次的增加,频率作用凸显,累积塑性应变随着频率的增大而减小;基于试样的累积塑性应变演变规律,分别采用幂指数模型和对数模型进行拟合,发现后者拟合效果好;综合考虑4种因素对累积塑性应变的影响,建立累积塑性应变预测模型,并对试验的实测值与预测值进行对比,验证模型的可行性。研究成果可为季冻区黄土路基永久变形的计算提供理论参考依据。

基于Eshelby夹杂理论高温冻土累积塑性应变修正模型

针对不同黏粒含量的高温冻土,基于Eshelby夹杂理论分析了冰含量与等效变形模量之间的关系,在此基础上引入模量比对现有的Monismith累积塑性应变模型进行修正,得到了一种新的高温冻土累积塑性变形预测模型,并采用室内试验结果进行验证。结果显示:模型数据与试验数据具有较好的吻合度。新提出的修正Monismith累积塑性应变预测模型表征了冰含量与土体变形模量之间的关系,其可以较准确地模拟高温冻土整个动应变过程,并且能够反映组构变化所诱发的高温冻土累积变形特征的不同。

不同区域粉土累积塑性应变预测模型

机场道基在长期服役过程中,不同区域粉土的累积塑性应变发展有显著差异。目前研究中鲜有考虑粉土区域性差异影响,尚未有预测模型能够对不同区域机场的道基粉土进行统一量化和预测。为确定影响粉土累积塑性应变的关键指标,有针对性地预测各区域粉土塑性应变,保证道基的长期服役性能,从华北地区3个不同机场取现场道基粉土,开展了不同区域和不同黏粒含量下粉土的动三轴试验,以揭示了不同条件下粉土累积塑性应变发展规律;通过SPSS灰色关联分析探究了不同区域粉土的矿物成分、颗粒级配、液塑限、最优含水率和最大干密度等指标与其循环荷载下最终累积应变的相关性,确定了黏粒含量为关键评价指标;基于试验结果建立了最终累积塑性应变预测模型。结果表明:不同区域粉土的颗粒级配、液塑限和最大干密度均有显著差异;循环荷载下累积塑性应变也差异显著,且受动应力影响;通过灰色关联分析,确定了以黏粒含量作为评价各地粉土最终累积塑性应变的量化指标;基于不同黏粒含量的动三轴试验结果,建立了考虑区域差异和动应力幅值的最终累积塑性应变预测模型。该预测模型能较好适用于不同区域机场道基粉土,基于当地粉土黏粒含量情况,较为准确地预测其长期服役过程中的累积塑限应变。

高温冻结粉土的累积应变和临界动应力

在-0.95℃恒温状态下对青藏人工冻结粉土试样进行不同动应力幅值下的振动单轴压缩试验,获得2种频率下不同动应力幅值时冻土试样累积应变和振动次数之间的关系曲线,发现冻土的累积应变随着振动次数的增加呈增长的趋势,且表现出稳定型、破坏型和临界型3种形态;在振动次数相同时,动应力幅值越大,累积应变越大;加载初始阶段应变速率随时间的增大而减小,且应变速率对数与时间对数间均有较好的线性关系,但随着振动时间的增加,破坏型曲线的应变速率达到一个最小值后开始增大,稳定型曲线的应变速率则在一定幅度的范围内波动;振动频率越高、动应力幅值越大,应变速率越大;振动频率越高,临界动应力越小。

基于能量法的尾粉土累积应变增长方式研究

为了研究累积塑性应变增长方式与能量耗散的关系,从机理方面进一步细化累积塑性应变增长方式。基于饱和尾粉土在3种孔隙比条件下不同循环应力比的固结不排水循环剪切试验,改进传统能量耗散计算方法,依据塑性应变累积能量耗散与黏滞累积能量耗散的关系对累积塑性应变增长方式进行了重新分类,并从能量耗散机理上阐述累积塑性应变的开展。研究结果表明:随着循环应力比增大,黏滞累积能量耗散速率将逐渐超越塑性应变累积能量耗散速率。将累积塑性应变增长形式细分为4类:稳定型、稳定破坏型、破坏型、和崩塌型。同时认为塑性应变累积能量耗散的产生是由于砂粒、粉粒等较大颗粒发生颗粒重排,而黏滞累积能量耗散的产生是由于黏粒、胶粒等较小颗粒间双电离子层内弱结合水发生脱离,粒间发生相对滑移。上述能量耗散机理与建立的累积塑性应变增长方式分类相一致,为进一步研究累积塑性应变模型提供研究基础。

持续动荷载作用下基床粗粒土填料累积塑性应变试验研究

粗粒土填料在重载铁路基床层广泛应用,其受列车动荷载影响明显,研究基床粗粒土在持续动荷载作用下的累积变形有重要意义。通过制作不同含水率的粗粒土试样,对试样开展不同围压、不同动应力幅值的大型动三轴试验,分析试样在持续动荷载作用下轴向累积塑性应变的增长特点。基于安定理论,划分不同条件下试样的动力行为,探讨含水率对粗粒土试样累积塑性应变的影响,得出不同动力行为之间的临界应力表达式。建立塑性蠕变动力行为累积塑性应变预测模型,模型的准确性验证表明:此模型在动荷载重复次数N≥50 000时有较高准确性。试验结果对重载铁路基床层动力稳定性评价有参考价值。

应变累积对黏土动剪模量和阻尼比影响的试验研究

通过对比试验,研究了分级循环加载试验中的应变积累现象,分析其对土动剪模量和阻尼比的影响,并指出:由于剪切应变的积累,分级循环加载试验得出的滞回曲线随着加载级数的增加,而沿着剪应变轴逐渐发生平移,但其形状特性并未发生变化。讨论了分级加载试验数据处理的方法,试验结果表明:先前的较小幅值荷载作用下产生的累积应变对后继较大幅值荷载下测得的动剪模量和阻尼比影响较小。最后,分析了分级循环加载试验方法的意义。

亚洲地区Benioff应变释放和强震活动的周期性特征研究

为研究亚洲地区强震Benioff应变释放和周期性活动特征,本研究采用了1900—1999年的IASPEI百年目录和2000—2008年的全球CMT目录组成的混合目录,分别考察了亚洲地区1900—2008年MW6.9以上强震的Benioff应变释放时间演化、深浅源地震的累积Benioff应变线性偏离和MW8.0以上强震周期性活动的Rydelek-Sacks检验三方面内容。结果表明,Benioff应变释放整体上大致存在30年左右的强弱起伏;深、浅源地震的累积Benioff应变线性偏离具有不同的周期性活动,其中深源地震约为40年左右,浅源地震具有更长的活动周期;MW8.0以上强震的发生存在33±2年的周期性活动。作为结果的外推,亚洲地区未来10年的强震活动正处于以1990—2020年为活动周期的后三分之一阶段,应变释放水平相对2000—2010年较低,可能与1990—2000年的水平相当。

循环荷载作用下饱和软黏土应变累积模型研究

通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环应力比、振动频率、超固结比及固结比对累积塑性应变对饱和软黏土循环软化特性的影响。试验结果表明,随着累积塑性应变的增加,软化指数减小;在循环初期,软化指数衰减缓慢;随着累积塑性应变的逐渐增加,软化指数衰减显著,但当累积塑性应变达到一定时,软化指数未见明显衰减。随着循环应力比的增加,累积塑性应变增长加快,软化指数与累积塑性应变关系曲线显著右移;当振动频率较低时,随着振动频率增加,软化指数与累积塑性应变关系曲线逐渐左移;但当振动频率较高时,不同振动频率下软化指数与累积塑性应变关系曲线近似重合。随着超固结比的增加,曲线左移,软化指数与累积塑性应变关系曲线逐渐向右、向上移动。在试验的基础上通过引入综合影响参数对试验数据进行归一化,建立饱和软黏土累积塑性应变模型。通过将该模型引入到修正的Iwan模型,并对饱和软黏土的应力–应变关系进行描述,并得到了与实测值较吻合的结果,从而也证明所提出累积塑性应变模型的合理性。

低幅值高循环荷载作用下土体的应变累积模型

高速铁路路基上的轨道以及附近区域的结构物承受低幅值、高循环振动荷载的反复作用。在此低幅值、高循环荷载作用下土体会产生不可恢复的应变累积,导致轨道及附近区域结构物发生附加沉降。当前,描述土体的循环变形特征的理论分为两类:一类是基于经典塑性理论的应力-应变滞回模型(例如边界面模型),另一类是基于循环三轴试验经验规律的应变累积模型(例如Bochum累积模型)。为了能够预测土体在低幅值、高循环荷载作用下的应变累积行为,在前人对土体在低幅值、高循环荷载作用下大量试验研究的基础上,在经典弹塑性理论的框架下,提出一个土体在低幅值、高循环荷载作用下的应变累积模型。该模型通过用对数律来描述塑性体应变的累积规律,并以此作为应变累积的大小度量,然后通过修正Cam-clay模型的流动准则来描述应变累积的发展方向。最后,通过多组试验结果的模拟,表明所提出的应变累积模型能够较好地预测土体在低幅值、高循环荷载作用下的应变累积行为,具有广泛的应用前景。

循环荷载下饱和软黏土的累积塑性应变试验研究

通过以交通荷载为背景的饱和重塑软黏土室内不排水动三轴试验,研究了循环荷载作用下饱和重塑软黏土的累积塑性应变发展形态,可分为3种类型:稳定型、破坏型和临界型。根据稳定型累积塑性应变发展曲线特点,提出了饱和软黏土的稳定累积塑性应变方程,并通过试验结果分析了该方程中各拟合参数与动应力幅值、固结围压和静偏应力的变化规律,同时提出了求解无静偏应力条件下软黏土临界动应力的解析方法。通过动三轴试验结果,提出了含动应力幅值、固结围压、静偏应力和循环周次等影响因素的累积塑性应变拟合模型。

重载铁路路基粗颗粒土循环振动试验与累积动应变研究

重载铁路路基核心层为粗粒土,其直接承受轨道结构传递的列车动载的往复作用,但目前对粗粒土填料在重载列车往复作用下累积动应变的研究较少。为探索粗粒土填料在暴雨等极端恶劣天气或路基浸水时的累积动应变变化规律,利用基于MTS精确控制的动三轴试验系统,进行不同围压、多组动应力幅值下饱和粗颗粒土(铁路路基A级填料)的振动试验。由此获得一系列粗颗粒土累积动应变与振动次数的关系曲线,揭示动应力比对累积动应变发展类型的影响,得出基于围压的临界动应力比表达式以及累积动应变与振动次数的拟合关系式,同时证明一定振动次数时试样动应力与累积动应变关系比较符合双曲线模型。试验结果可供重载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参考和利用。

循环荷载下级配碎石填料累积塑性应变及破坏规律研究

级配碎石作为重载铁路路基基床的核心填料,在大轴重列车循环荷载作用下的动力稳定性对于整个路基结构的服役性能至关重要。为探究循环荷载作用下级配碎石填料的累积塑性应变演变特征及破坏规律,以不同细粒含量的级配碎石为研究对象,开展一系列不同应力水平下的大型动三轴试验。试验揭示了细粒含量、围压、动应力幅值对该填料累积塑性应变及临界动应力的影响机制,并基于试验结果,提出不同深度级配碎石填料考虑细颗粒含量参数的临界动应力计算公式,明确了式中各参数的物理意义。研究成果有助于预测重载列车动力荷载作用下基床土体的变形,并对评价既有线路开行大轴重列车的适用性提供参考。

新疆于田两次7.3级地震之后南北地震带Benioff应变比分布特征研究

利用中国地震台网的地震目录,分别计算新疆于田2008年3月21日7.3级、2014年2月12日7.3级地震前后30天南北地震带Benioff应变比。结果表明,2008年7.3级地震后1年内,后续5级以上地震均发生在Benioff应变比高值区域附近或者高、低值交界区域,强震活动与Benioff应变比的高值区域存在明显对应关系。这反映了相应区域应力水平可能较高,于田地震的发生导致这些应力高值区容易释放小地震,研究结果对该区域后续强震的发生有一定指示意义。

循环荷载下原状结构红粘土累积塑性应变模型

基于循环荷载作用下原状结构红粘土εp-lgN试验曲线簇,采用经典的对数函数模型对稳定性曲线、Monismith指数函数模型对破坏型曲线进行拟合分析,获得了相应模型参数的拟合公式,得出发散型对数函数模型不适宜于稳定型曲线的结论。针对稳定型曲线收敛的特点,提出了一个新的稳定型曲线累积塑性应变数学模型。与发散型对数函数模型比较,新模型具有收敛性,能更好地模拟稳定型曲线的变化规律。利用新模型对不同试验条件下原状结构红粘土稳定型曲线进行拟合,获得了新模型参数拟合公式。基于原状结构红粘土临界动应力试验值,引入了一个新的参数"动应力比",该参数的引入能很好地降低试验数据点的离散性。

基于大型动三轴试验的粗粒土累积塑性应变概率模型研究

路基填土在长期交通动荷载作用下的累积塑性变形存在离散性。通过一系列粗粒土大型动三轴试验分析其累积塑性应变随围压、动应力及含水率的发展趋势和变化规律。结果表明:累积塑性应变及其稳定值随动应力的增加而增大,随围压的增加而减小,说明增大围压能有效抑制土体累积塑性变形的发展;土体的动力稳定性随含水率的减小而增加。基于半对数预测模型,运用灰色系统关联理论探究模型参数与含水率和动静应力比的相关性特征,并通过正态性检验论证得到控制粗粒土累积塑性应变发展速率的模型参数服从正态分布。基于概率失效理论,提出预测粗粒土填料累积塑性应变的概率模型,可较好地预测粗粒土填料在循环动荷载作用下的累积塑性应变发展区间。

风积沙路基填料累积塑性应变及预测模型

风积沙具有颗粒均匀、结构松散、保水性差、天然含水率小以及抗剪强度低等特点,作为路基基床底层填料,已应用于沙漠铁路建设中。以风积沙填料为研究对象,开展一系列不同应力水平的动三轴试验,探究风积沙填料累积塑性变形随振次的变化规律,提出风积沙试样塑性行为判定准则,建立了考虑动应力幅值、含水率及围压的风积沙累积塑性应变预测模型。试验结果表明:不同动应力幅值条件下,风积沙试样的累积塑性应变随振次的关系曲线表现为稳定型、临界型和破坏型3种类型。幂函数能很好地描述风积沙累积塑性应变速率ε̇_(p)与循环振次N的关系,在此基础上,建立了考虑动应力幅值、含水率及围压的风积沙累积塑性应变预测模型。研究成果可为风积沙路基在循环动荷载下的沉降预测、基于应变控制原则的路基设计和动力稳定性评估提供参考。