确定残积土原位G-γ衰减曲线的建议方法与适宜性分析

基于结构性土易受扰动的特点,在典型花岗岩残积土地层上开展自钻旁压试验(SBPT)和地震扁铲试验(SDMT),以此提出获取原位剪切模量-剪应变(G-γ)衰减曲线的建议方法。为了分析建议方法的适宜性,开展共振柱试验(RCT)获得常规的室内G-γ衰减曲线,同时结合RCT与SDMT数据推求近似原位G-γ曲线。结果表明,利用SBPT与SDMT可以直接获得完整的土体原位G-γ衰减曲线,采用Stokeo模型能很好地描述该曲线;基于对比分析,发现在相同应力条件下室内试验的剪切模量低于原位试验值,证明取样、运输和制样等扰动因素对花岗岩残积土造成不可恢复的结构损伤;用RCT结合SDMT结果拟合得到的近似原位G-γ曲线的初始阶段与建议方法一致,但曲线衰减速率明显偏高。综合比较3种方法,认为建议方法在残积土以及其他结构性土体的刚度分析中具有更好的适宜性,可为相关工程参数的选取提供参考。

不同含水率膨胀土动剪切模量特征与原位G-γ衰减曲线确定方法

考虑到膨胀土与水作用的特殊性以及实际工程中膨胀土含水率处于不断变化的状态,开展了不同含水率下膨胀土的室内共振柱试验(RCT),同时结合原位地震波扁铲侧胀试验(SDMT),提出了改进的原位G-γ衰减曲线推求方法。结果表明:含水率对膨胀土剪切模量影响显著,剪切模量G随着含水率的增加而减小;将原状饱和膨胀土脱湿至不同含水率引起的体积变化对最大动剪切模量G_(max)的影响归为含水率的影响,提出了适用于不同含水率膨胀土的G_(max)预测模型,对佳木斯膨胀土的预测具有良好的效果。含水率相同时,最大动剪切模量G_(max)和参考剪应变γ_(r)具有良好线性关系,借助这一规律提出了推求膨胀土原位G-γ衰减曲线改进方法,在初始阶段改进曲线与未改进曲线较接近,与原位地震波速试验结果一致;通过对比发现,改进曲线衰减速率更小,在膨胀土刚度分析中具有更好的适宜性,改进方法可为合理选取室内参考曲线与准确预测原位动剪切模量衰减规律提供帮助。

冻融循环作用下粉质黏土原位动剪切模量及其衰减特征

根据深季节冻土区高速铁路周边土体实际工程状态,开展现场地震波扁铲侧胀试验和室内共振柱试验,结合现场土体刚度和室内刚度衰减规律,综合评价了冻融环境下粉质黏土原位刚度性状及衰减特征。结果表明:受冻融循环作用的影响,小应变条件下粉质黏土最大动剪切模量G_(max)由未经冻融时97.9 MPa降至53.6 MPa,最大衰减出现在冻融循环初期;经历循环后,土体归一化G/G_(max)-γ曲线出现上移,同等应变条件下,冻融循环后土体的G/G_(max)值较高;粉质黏土原位最大动剪切模量G_0显著高于室内最大动剪切模量G_(max)。说明取样、运输及制样等过程存在对土样的扰动作用,仅借助室内试验难于还原土体原位刚度特性;原位剪切模量随着冻融循环次数的增加而减小,冻融作用的影响随着应变的增大逐渐减弱,当应变超过工作应变γ_(DMT)时,可忽略冻融循环对土体动剪切模量的影响,根据工程实际应变范围和冻融作用合理选用土体刚度值是深季节冻土区工程设计的关键。

膨胀土原位剪切模量–剪应变衰减曲线与特征分析

为了评价原位应力状态膨胀土在小应变作用下的刚度衰减特性,综合原位地震扁铲侧胀和室内共振柱试验,分析应力历史、应力状态和试样扰动对膨胀土剪切模量衰减规律的影响。结果表明,应力状态和应力历史对膨胀土剪切模量影响较大,相同应力历史下,剪切模量随围压增加而增大,随着应变的发展,衰减较快;相同应力状态下,经历加载–卸载过程的剪切模量–剪应变(G-γ)衰减曲线位于仅经历加载过程的曲线上方,但经历加载–卸载和加载–卸载–再加载过程后土的G-γ衰减曲线基本重合;另外,相同应力历史条件下,土的原位剪切模量较室内共振柱试验所得剪切模量值大,且衰减更快,说明取样卸荷、运输及制样等扰动因素对土体结构造成了不可逆的损伤,通过室内加卸载过程无法还原其原位力学性状;参考剪应变不同时,推求得到的原位G-γ衰减曲线的中间部分差异较大,参考剪应变越小,剪切模量衰减越快,说明合理选取参考曲线和小应变剪切模量是推求原位G-γ衰减曲线的关键。该研究可为类似场地地震分析和沉降分析提供理论基础和技术支持。

湛江结构性黏土自钻旁压试验的加载速率效应

作为一种具有高结构屈服强度的灵敏性黏土,湛江黏土力学性质的加载速率效应值得关注。为了研究湛江黏土原位力学性质的加载速率效应,开展了不同加载速率的自钻旁压试验,分析应力速率对湛江黏土原位不排水抗剪强度、线性刚度以及剪切模量非线性衰减特性的影响。结果表明:应力速率越大,不排水抗剪强度就越大,二者之间具有良好的线性关系,这一变化关系不同于文献中控制应变速率的研究结果;线性割线剪切模量G_(ur)随应力速率的增大而增大,经相应速率下G_(ur)归一化后的不排水抗剪强度落于较窄的数值区间内,表明应力速率对峰值强度对应的应变影响很小;加载速率越大,切线剪切模量G_(t)衰减幅度越大、衰减越迅速、G_(t)-γ衰减曲线越陡,但对于各应力速率,G_(t)均约在g=0.1%时衰减至小于G_(ur);加载速率影响了各应变区间内G_(t)的衰减幅度和速度,加载速率越小,衰减集中发生于越低的应变水平。研究指出湛江黏土特殊的微观结构是控制其力学性质加载速率效应的主导因素,并通过开展原状土样和重塑土样的室内超微型贯入试验予以初步印证。认为应当重视土体原位力学性质的加载速率效应,同时关注加载速率历史对土体蠕变性质的影响。