橡胶混合黏土小应变剪切模量特性试验研究

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔隙比e_(sk)对混合土的最大动剪切模量G_(max)进行评价。结果表明:掺入橡胶颗粒后,混合土的G减小,λ增大,且橡胶掺量增大时,混合土的G减小、λ增大;围压增大时,混合土的G增大、λ减小;橡胶粒径增大时,混合土的G增大、λ减小。随着橡胶掺量增大,骨架孔隙比e_(sk)增大,G_(max)降低;在相同橡胶掺量时,随着橡胶粒径的增大,e_(sk)增大,G_(max)升高。在Hardin公式的基础上,基于骨架孔隙比e_(sk)提出了考虑橡胶掺量和橡胶粒径的G_(max)表征模型,该模型具有较好的准确性,可为评价橡胶混合黏土G_(max)提供依据。

蜂窝板几何参数对芯子剪切模量测量值的影响

为了通过三点弯曲试验获得蜂窝芯子较准确的剪切模量,基于商用铝蜂窝夹层板几何参数与典型剪切模量值,对三点弯曲试验有限元仿真模型进行校验,研究了蜂窝夹层板几何参数对测得芯子剪切模量值的影响规律。利用Sobol法对各影响因素进行灵敏度分析,拟合得到简化代理模型。基于简化代理模型,给出了三点弯曲试验中蜂窝夹层板几何参数适用可行域。研究结果表明,蜂窝夹层板几何参数对芯子剪切模量测量值的影响程度由大到小的顺序为芯子密度、面芯厚度比和面板厚度。在给定的可行域内,通过三点弯曲方法测得的蜂窝芯剪切模量精度良好,可为实际工程提供参考。

加载频率对饱和珊瑚砂剪切模量硬化和衰退特性的影响

为探究循环加载频率f对珊瑚砂动剪切模量硬化和衰退特性的影响,采用不同f(0.01Hz、0.05Hz、0.1Hz、0.5Hz、1Hz)的分级和单级加载模式,开展中密、均等固结、应力控制的饱和珊瑚砂不排水循环剪切试验。珊瑚砂的孔压门槛剪应变(低于该应变不会产生超静孔压)和模量门槛剪应变(低于该应变不会产生剪切模量衰退)的大小基本相同,可统一称为门槛剪应变γ_(th),且γ_(th)值的大小不受f的影响。低应变(≤γ_(th))时,动剪切模量G随循环剪应变幅值γ_(a)的增大而增大,与施加的循环应力比(CSR)呈二次多项式关系,模量硬化指数δ_(s)最大可达1.2;高应变(>γ_(th))时,G-γ_(a)关系曲线不受f的影响,模量衰退指数δ_(d)可表示为γ_(a)的负幂函数;G随循环次数N增大而衰退的速率随f的增大而减小,与f相关的δ_(d)可表示N的显式表达式。

沉积方向对珊瑚砂动剪切模量及阻尼比的影响

复杂地质赋存环境下珊瑚砂具有显著的各向异性特征,颗粒的沉积方向显著影响其动力特性。对南沙岛礁珊瑚砂开展均等固结的共振柱试验,探究了珊瑚砂颗粒的沉积方向角φ(沉积面与水平面的夹角)和初始有效固结围压σ0’对其动剪切模量G和阻尼比λ的影响。在给定φ下,G随剪应变幅值γ_(a)增大而减小的速率随σ0’的增大而增加;给定σ0’下,G随γ_(a)增大而减小的速率随φ增大呈现先减后增的趋势,φ=60°时G—γ_(a)曲线位于最下方。最大动剪切模量G_(0)随φ的增大表现出先减后增的现象,且φ对G_(0)的影响随σ0’的增大而降低。建立了考虑φ和σ0’影响的修正Hardin模型,预测和量测的G_(0)值偏差小于10%。动剪切模量比G/G_(0)—γ_(a)曲线对φ不敏感,结合修正Hardin模型和Davidenkov骨架曲线预测和量测的G值偏差小于15%。在陈国兴等(2006)提出的阻尼比经验模型中引入φ影响的修正项,预测和量测的λ值偏差小于20%。

PVC膜材剪切模量非线性研究及有限元分析

基于气承式膜结构顶部受不同水平荷载时位移呈非线性变化这一现象,从膜材剪切特性入手,通过双轴偏伸试验研究膜材剪切性能,得出膜材剪切应力与剪切模量的变化关系,发现膜材剪切模量并非常数。为验证这一结论,引入ABAQUS有限元分析,依据试验中得到的膜材剪切模量与剪切应力关系建立材料模型,以气承式膜结构为例进行分析。在考虑膜材剪切特性基础上,通过模拟得到的气承式膜结构顶部水平荷载-位移曲线也呈非线性趋势,剪切模量为常数条件下模拟位移与试验位移误差率均值在20%左右,而膜材剪切模量随剪切应力变化条件下模拟位移与试验位移的误差率在10%左右。验证了膜材剪切模量不为常数这一假设,表明膜材剪切模量变化对气承式膜结构位移变形的影响不能被忽略。

大港油田埕海海洋土动剪切模量与阻尼比试验研究

大港油田埕海区块是我国渤海湾海洋油气的重要产区,位于渤海湾西部沿海,属于地震高发区,因此,在该海域进行海洋工程设计建造时,必须根据工程场地的动剪切模量和阻尼比等动力学参数进行地震安全性评价。采用共振柱试验仪对大港埕海海域0~120 m不同深度的海洋土土样进行土体动参数测试与研究。研究发现埕海海洋土动剪切模量随着动剪应变的增大而降低、阻尼比随着动剪应变的增大而增大,同时发现围压与动剪切模量、阻尼比近似成线性关系等规律。相关研究成果可为海洋工程场地的设计、施工及抗震分析提供技术参考依据。

复合材料纵横剪切模量的有限元计算与试验对比研究

层合板(±45°/90°/0°)是准各向同性层合板,其刚度在板面内各个方向上都相同。使用计算软件,编写程序代码,运用有限元的方法,划分有限元网格,计算了层合板(±45°/90°/0°)的纵横剪切模量[1]。将计算结果与复合材料纵横剪切模量试验结果进行对比,得到数值模拟和试验结果之间的误差为0.89%,一致性很好,说明该计算方法可用于工程计算模拟。

扭速对脆性材料强度和剪切模量的影响分析

以脆性材料为研究对象,通过扭转试验研究扭转速率对脆性材料的扭转强度和剪切模量的影响.首先对脆性材料发生扭转时表面的应力状态进行分析,通过扭断后不同的断口形态来判断断裂的原因;然后以脆性材料的典型代表材料铸铁试件进行分组扭转试验,得到不同扭转速率下铸铁试件的扭矩图和扭转数据;最后对其扭转强度和剪切模量进行分析,得出结论:当扭转速率从小开始增加时,由于在弹性范围内,材料仍具有弹性可以承受较大形变不会被破坏,因此剪切强度极限和剪切模量都会增加.然而当扭转速率超过了材料所能承受的弹性极限,材料就会变形而失去弹性,从而导致剪切强度极限和剪切模量减小.

蜂窝夹层结构芯子剪切模量的实验方法

蜂窝夹层结构凭借其优良的力学性能在航空、船舶制造和车辆碰撞防护领域得到了广泛应用。蜂窝夹层结构剪切性能的测量一直是工程人员重点关注的问题,测量蜂窝夹层结构芯子剪切模量时常采用平面剪切实验方法,但对于大厚度蜂窝夹层结构平面剪切实验实现难度大,为改善这一问题,分别采用理论预测分析、平面剪切实验和三点弯曲实验的方法对蜂窝夹层结构芯子剪切模量进行测量,对比3种测量方法的差异性。利用等效板理论进行理论分析,得出芯子剪切模量的理论预测值;依据ASTM C273和ASTM C393试验标准,对蜂窝夹层结构开展了平面剪切实验与三点弯曲实验,利用ABAQUS有限元软件对平面剪切实验和三点弯曲实验分别进行了模拟仿真。结果表明:利用最小势能原理和最小余能原理进行理论分析,可以得出芯子剪切模量的预测值,预测结果误差在16%左右;平面剪切实验的测量结果较为精准,当蜂窝夹层结构厚度增大无法提供剪切试验台实验时,可以使用平面剪切有限元仿真方法获取;三点弯曲实验方法测量误差结果在10%左右,通过对三点弯曲试验的有限元模拟分析,研究三点弯曲实验中跨距深度比对试件剪切模量测量的影响,调整三点弯曲跨距深度比a/d为5时,误差能降低到4%以内。

长江漫滩相软土动剪切模量与阻尼比特性试验研究

为探究长江漫滩相软土的动剪切模量和阻尼比变化特征,利用共振柱仪和循环三轴仪对原状的南京长江漫滩相软土开展系列试验研究,探讨不同固结条件下漫滩相软土最大动剪切模量G_(max)、动剪切模量比G/G_(max)和阻尼比λ的变化规律。试验结果表明:随初始有效围压、固结应力比和固结度增加,漫滩相软土在各应变范围内G均规律性增大,阻尼比λ均规律性减小;同时给出考虑初始静应力的G_(max)建议公式及不同固结度下G_(max)的折减系数,并通过与其他区域软土的对比发现,固结比对长江漫滩相软土的G_(max)影响程度较大;在Martin-Davidenkov模型中,不同固结条件对G/G_(max)-γ关系的拟合参数α、β无显著影响,但与拟合参数γ_(0)存在一定相关,并最终给出相关公式及参数值。

徐州城区黏性土与粉土的动剪切模量与阻尼比特性

利用自振柱试验仪,研究了徐州城区41个钻孔、165个黏性土和粉土原状土样的动剪切模量比G/G_(0)和阻尼比λ随剪应变幅值γ_(a)的变化特征,探讨了有效围压、塑性指数和地质年代对徐州城区Q_(3)和Q_(4)黏土、Q_(4)粉质黏土与Q_(4)粉土G/G_(0)-γ_(a)和λ-γ_(a)关系的影响。结果表明:有效围压越大,塑性指数越大,相近深度土样的地质年代越新,土体的非线性越弱;给出了3类土的G/G_(0)-γ_(a)和λ-γ_(a)关系的上、下包络线,定量地分析了土类、有效围压、塑性指数和地质年代等因素对各类土G/G_(0)-γ_(a)和λ-γ_(a)经验关系的影响规律,并建立了预测G/G_(0)-γ_(a)和λ-γ_(a)的经验公式。该成果有利于对徐州城区土动力特性的认知,并对该地区工程场地地震效应的评价具有借鉴和参考价值。

层状岩体的Cosserat介质理论中第二剪切模量G^c的研究

针对层状结构岩体，从建立一个标量出发，推导出二维平面应变状态下，Ｃｏｓｓｅｒａｔ介质理论中第二剪切模量Ｇｃ值。最后通过算例，分析了Ｇｃ对计算结果的影响。

轨道交通橡胶材料剪切模量试验设计与研究

针对轨道交通橡胶材料剪切模量试验,分析橡胶材料试样结构与标准,依据欧盟标准EN 15129—2018设计一种新型的橡胶材料高低温剪切模量试验方案,并与现有试验方案进行分析比对,重点应用新型方案研究橡胶材料的剪切模量剪应变相关性、频率相关性、温度相关性、重复循环载荷相关性以及老化对剪切模量的影响,结果表明:新型试验设计满足要求,剪应变增加、剪切模量变小;频率增加、剪切模量在低频区间增加,在高频区间保持稳定;温度增加、剪切模量变大;循环次数增加、剪切模量变小,但影响不明显;老化后剪切模量增加11.96%。

海洋土动剪切模量比和阻尼比预测不确定性特性

土体动剪切模量比G/G_(max)和阻尼比λ随剪应变幅值γ_(a)的变化曲线的不确定性对场地非线性地震反应分析结果的不确定性有重要影响。以莱州湾海床110 m以浅的原状粉质黏土试样G/G_(max)和λ的试验数据为例,采用Davidenkov骨架曲线描述G/G_(max)曲线,λ表示为小应变阻尼比λ_(min)和G/G_(max)的函数,发现描述G/G_(max)曲线的参数A、B、γ_(r)及λ_(min)的预测方程均为海床深度H的函数。基于点估计法的不确定性传递分析表明,参数A、B和γ_(r)三者的不确定性共同引起的预测G/G_(max)的总体不确定性以及仅由单一参数A、B、γ_(r)值的不确定性引起的预测G/G_(max)的单变量不确定性均随γ_(a)的增大而先增大后减小。预测G/G_(max)的总体不确定性和仅由B或γ_(r)的不确定性引起的预测G/G_(max)的单变量不确定性均随H的增加而降低;参数A的不确定性引起的预测G/G_(max)的单变量不确定性随H的增加而增大。由G/G_(max)和λ_(min)两者的不确定性引起的预测λ的总体不确定性以及仅由G/G_(max)的不确定性引起的预测λ的单变量不确定性均随γ_(a)的增大而略有先增大后减小的趋势,且均随H的增大而略有减小。由λ_(min)的不确定性引起的预测λ的单变量不确定性与γ_(a)无关且随H的增大而略有增大。

考虑级配影响的珊瑚砂最大动剪切模量试验研究

对不同级配的南沙岛礁珊瑚砂进行共振柱试验,测试不同孔隙比e的珊瑚砂在20~300 kPa围压下的最大动剪切模量G_(0),分析不均匀系数C_(u)、平均粒径d_(50)和细粒含量F_(c)对珊瑚砂G_(0)的影响,并建立珊瑚砂的G_(0)经验模型。结果表明:珊瑚砂的孔隙比e普遍大于陆源砂砾土;同一有效围压σ'0下,珊瑚砂的G_(0)-e曲线随C_(u)的增大而降低,随d_(50)的增大而升高,以F_(c)≈20%为界,随F_(c)的增大先降低后缓慢升高;陆源砂砾土的G_(0)经验模型将低估珊瑚砂的G_(0)值;F_(c)对G_(0)影响的本质是不同细粒含量的珊瑚砂具有不同的C_(u)和d_(50),C_(u)和d_(50)对G_(0)的影响隐含了F_(c)对G_(0)的影响。基于Hardin模型给出考虑C_(u)、d_(50)影响的珊瑚砂G_(0)预测模型,并引入修正系数A',以考虑颗粒类型等复杂因素的综合影响,采用不同海洋珊瑚砂的试验数据对G_(0)预测模型进行验证。

深海超软土动剪切模量与阻尼比特性研究

海底表层的结构物在使用中可能受到动荷载作用,为保证其的长期稳定性,有必要对海床表层的深海超软土动力学特性展开研究。使用Anton Paar MCR302流变仪,采用应变控制模式,对含水率高于液限的深海超软土进行动态剪切测试,研究动态流变参数、动剪切模量G和阻尼比λ的变化规律。结果表明,随着剪切应变的增大,深海超软土的变形由可恢复的弹性变形主导逐渐过渡为不可恢复的黏性变形主导。通过建立动态流变参数与动剪切模量G和阻尼比λ的关系,探讨了深海超软土的动力特性。根据深海超软土动剪切模量G的变化特征,提出了峰值参考应变的概念,建立了最大动剪模量G_(max)与归一化含水率w/w_(p)(w为含水率,w_(p)为塑性含水率)的关系。结果还显示,相较于常规黏土,深海超软土的G/G_(max-γ)(γ为剪切应变)曲线衰减较快,且受塑性指数影响较小。深海超软土的阻尼比整体偏高,并随剪切应变的增大快速上升。根据试验结果,给出描述深海超软土G/G_(max-γ)、λ-γ曲线的数学模型。

不同影响因素下路用黄河泥沙动剪切模量和阻尼比试验及理论模型研究

沿黄河高速公路建设过程中,黄河泥沙作为路基填料的可行性已经得到验证和重视,然而目前有关黄河泥沙作为路基填料的动力特性的研究较少.本文利用英国GDS动态三轴试验系统,对取自黄河中下游郑州段的泥沙进行应力控制的动三轴试验,探究了围压、相对密实度和试验频率对黄河泥沙动剪应力–动剪应变关系、动剪切模量G和阻尼比D的影响,绘制了动剪应力–动剪应变关系骨干曲线和滞回曲线.结果表明,黄河泥沙的动剪切模量、阻尼比与剪应变关系可以用Hardin双曲线模型描述,围压对G和D的影响较大、试验频率对G和D的影响较小.综合与其他土体的动力特性对比表明,黄河泥沙动剪切模量折减曲线规律以及阻尼比D曲线规律和其他土体相符,其动力特性更接近于粉土和砂土,但与其他土体并不完全一致,具有一定的特殊性.最后,本文考虑了围压、相对密实度的影响,并结合现有经验公式,建立可以较好描述黄河泥沙最大动剪切模量G_(max)与围压、孔隙比关系的经验公式,同时建立了动剪切模量比G/G_(max)和D的数学模型,拟合结果显示,建立的模型能较好地描述黄河泥沙的G/G_(max)和D随剪应变的变化规律.

土的动剪切模量比和阻尼比不确定性影响因素

针对土的动剪切模量比和阻尼比的不确定性对场地震动反应的影响,收集了江苏盐城515组土样作为基础数据对影响其不确定性的因素进行研究。结果表明:各土类动剪切模量比标准差的最大值全部出现在土层地震反应中动剪切模量比最常出现的范围1×10^(-4)~1×10^(-3)之间,且其变异系数在剪应变达到5×10^(-4)时已远超6%;与已有研究对比表明,通过控制土样数据分布与类别的一致性可以有效减小其动力参数的不确定性。在对地质年代变化影响的研究中,发现尽管地质年代对土动力参数的不确定性具有显著影响,但沉积环境等因素对土层动力性能的改变也不可忽视,为土动力参数分析和工程抗震设计提供了数据参考。

饱和粉质黏土最大剪切模量测试的对比研究

针对黄河下游冲积流域广泛分布的粉质黏土,利用现场波速测试法、室内测试法或者反推法、Hardin公式推导等,研究了不同测试方法得到的土的最大剪切模量,并对测试方法和测试结果进行了对比。研究表明:弯曲元测试系统采用峰-峰法确定剪切波的传播时间,更加准确和直观;若采用动三轴中应力应变滞回圈变化反推计算土的最大动剪切模量时,应变越小计算结果越真实;若采用Hardin公式计算土的最大动剪切模量时,应充分考虑土的应力历史影响;Hardin公式能够较好地模拟弯曲元和现场波速测试结果,在土的动剪切模量比计算时,应根据现场波速测试结果或者Hardin公式计算结果对动三轴反推结果进行修正。

基于孔压静力触探的软土最大剪切模量研究

文中基于理论分析,结合现场试验,对静力触探状态参数方法求解公式进行优化,得出孔压静力触探与最大剪切模量的关系,以此研究经验公式预测的准确精度。结果表明,随着土层深度的增加,孔隙水压力逐渐加大,土层深度与剪切波速成正比,可以反映土体特质;状态参数可反映土体结构类别,其对应公式可以增加对软土最大剪切模量预测的精度,反映土体动力特性;有状态参数的经验公式拟合程度更高,准确性更强,预测性更加精准,对孔压静力触探的软土最大剪切模量研究更加全面。