坝基深厚覆盖层原状砂土动力特性

超深厚覆盖层地基是当前水利水电工程建设所面临的巨大挑战,覆盖层土体的动力力学特性是进行地基土液化判别和坝体稳定分析的基础。本文以某拟建大型土石坝工程超深厚覆盖层地基中的砂土层为研究对象,对原状土样(通过深围井直接开挖取得的)和重塑土样开展了一系列的高围压条件下的不排水循环三轴试验。研究表明:原状砂土的动强度高于重塑砂土,且随着围压的增大二者之间的差别逐渐减小;原状土样和重塑土样的孔压、轴向应变发展规律类似;固结应力比对动强度指标及土样的破坏模式都有明显的影响,随着固结应力比的增大,动强度增大,土样破坏模式逐渐由液化破坏转变为塑性应变累积破坏。

变围压循环荷载下饱和软黏土的变形特性

通过GDS双向振动设备对温州饱和软黏土在部分排水状态下进行了一系列变围压动三轴试验,系统地研究了循环偏应力与循环围压的耦合对加载期间土体变形规律的影响。试验结果表明:软黏土在循环加载期间的轴向应变和体应变均随着循环周次呈现先快后慢的增长趋势,且较高的偏应力幅值与较大的变围压条件η能促进轴向应变和体应变的发展。通过对比变围压与常围压下的累积轴向应变可知:当循环变围压导致循环平均有效主应力大于初始平均有效主应力时,累积轴向应变与变围压条件η呈线性关系;当循环平均有效主应力小于初始平均有效主应力时,累积轴向应变与η之间则不再呈线性关系。

地铁行车荷载下隧道周围加固软粘土孔压特性试验

由于上海轨道交通四号线海伦路站隧道周围软土在地铁行车荷载作用下产生变形,使隧道发生局部开裂、渗水而需要对地铁隧道进行加固处理。通过上海地铁4号线海伦路站附近隧道周围加固软粘土进行应力控制的循环三轴试验,研究了地铁行车荷载作用下加固软粘土的动孔压发展情况,充分考虑了土体围压、固结比、轴向循环荷载的大小及频率对动孔压的影响。研究结果认为,其他条件相同时,加固软粘土孔压随振动次数、循环荷载幅值的增大而增大,随围压和加载频率的增大而减小,可以用二次对数关系曲线对加固软粘土残余孔压变化进行预测。

饱和尾矿砂动强度特性试验结果与分析

本文通过对饱和尾矿砂的动三轴液化试验,研究了尾矿砂在往返加荷条件下的动强度特性。对试验结果进行分析可得:动应力幅值对试样的轴向动应变影响显著;动剪应力随固结围压增加而增加,但固结围压对动剪应力比的影响不大;固结应力比对饱和砂土液化或动强度的影响不是单一的增大或减小,在同一密度、同一固结围压条件下均显示出固结应力比为1.5时的动剪应力比大于固结应力比为1.0和2.0时的动剪应力比;密度对尾粉砂的抗液化强度影响很大,因此可以通过提高尾矿料的密实度来增大尾矿坝的抗震性能。

循环偏应力和循环围压耦合效应对饱和软黏土变形特性的影响

利用GDS变围压动三轴系统对温州地区典型饱和软黏土进行了一系列循环偏应力和循环围压耦合应力路径下的部分排水循环加载试验,重点分析了部分排水条件下循环偏应力和循环围压耦合效应对正常固结饱和软黏土变形特性的影响。试验结果表明:部分排水条件下,与围压保持恒定,偏应力单独循环剪切相比,循环偏应力和循环围压耦合剪切作用有效地促进了饱和软黏土的累积塑性应变的发展,循环围压和循环偏应力的比值每增加2/3,相应的永久轴向应变就增加32%。进一步根据部分排水条件下饱和软黏土永久轴向应变发展曲线特点,建立了考虑循环偏应力和循环围压耦合效应的正常固结饱和软黏土的永久轴向应变经验公式。

循环围压对饱和软黏土永久变形的影响

通过对温州典型饱和软黏土进行一系列不同应力路径下的部分排水循环动三轴试验,研究了部分排水条件下循环围压对饱和软黏土变形特性的影响。试验结果表明:部分排水条件下,与常规的围压保持恒定,偏应力单独循环作用下的三轴试验结果相比,循环围压的存在对饱和软黏土的永久体应变和永久轴向应变均产生了的显著的影响。在相同循环应力比和循环次数下,试样的永久体应变和永久轴向应变均随着循环围压幅值的增大而增大,说明常规的恒定围压循环三轴试验会低估高速交通荷载作用下路基土体的沉降。基于试样第10 000圈的永久体应变和永久轴向应变,分别建立了可以量化部分排水条件下循环围压对饱和软黏土永久体应变和永久轴向应变影响的经验公式,并用于预测饱和软黏土在交通荷载这种包含循环偏应力和循环围压耦合作用的复杂应力条件下产生的永久变形。

筑坝堆石料的动模量阻尼比试验研究

为研究目前在土石坝工程中遇到的长石砂岩类堆石料的动力特性,采用大型高压多功能静动三轴试验机,对某面板堆石坝长石砂岩类堆石料进行了动模量与阻尼比试验研究。分析了围压对最大动模量、动剪切模量比和阻尼比的影响,并以Hardin-Drnevich模型为基础,确定主堆石料、过渡料和垫层料3种坝料的动模量和阻尼比等特性参数。试验结果表明:动模量随着动剪切应变的增大逐渐衰减,最大动模量随围压的提高而增大,各种材料的动剪切模量比随着动剪切应变的增大而减小,变化趋势满足Hardin-Drnevich公式,有效固结围压越大,动剪切模量比随动剪切应变衰减的速率越慢;阻尼比随着动剪切应变的增大而增大,围压越大,阻尼比越小,变化趋势可用提出的修正的Hardin-Drnevich公式进行描述。研究成果可为土石坝抗震设计与动力稳定评价提供理论基础。

预应力路堤附加围压场与围压增强效应

利用ABAQUS建立预应力路堤(PE)三维有限元模型,以侧压板(LPP)宽度1.2 m,边坡坡率1∶1为例,分析其内部附加围压场的分布特征.结果表明:随距路堤坡面水平向深度增加,板体覆盖侧附加围压由浅层“腹鼓形”差异分布逐渐过渡至深部的较均匀分布;板体3个外延区的附加围压均随坡面水平向内深度先增后减,以不同峰值围压扩散角将预应力扩散至路堤受荷核心区,且峰值扩散角依次为:板外上侧<板外左、右两侧<板外下侧.基于强度折减法,分析预应力路堤整体稳定性能,并探寻板间距的优化设计方法和思路.开展典型路堤填料的系列静动三轴试验,论证预应力加固结构能有效提高填料的静动力抗载和抗变形性能,并建立填料临界动应力与围压间的经验式,可以为补强铁路路堤土围压提供参考.

不同环境对水泥土动应力影响的试验研究

为研究腐蚀性介质和动荷载对水泥土力学特性的影响,通过水泥土的动三轴压缩试验,获取水泥土动应力试验参数,分析各种环境对水泥土动强度的影响。试验结果表明,当硫酸钠溶液浓度小于0.03mol/L时水泥土的动强度逐步增大,当硫酸钠溶液浓度大于0.03mol/L时水泥土的动强度又逐步降低;随着氯化钠溶液浓度的增大,其动强度逐步降低;随着腐蚀时间的增加,0.03mol/L硫酸钠溶液的水泥土动强度逐步增大,而0.1 mol/L和0.3 mol/L硫酸钠溶液的水泥土动强度均逐步降低;水泥掺入比和围压越大,水泥土动强度越大;当溶液浓度小于0.03mol/L时硫酸钠环境对水泥土的动强度有增强效应,且浓度大于0.03mol/L时硫酸钠环境对水泥土具有腐蚀破坏效应,且硫酸钠溶液腐蚀效应大于氯化钠溶液腐蚀效应。

华山花岗岩动力学行为与破坏准则研究

对华山花岗岩进行了应变率范围10-4~100/s、围压范围20~100MPa的动三轴试验测试,结果表明在不同围压下,随着应变率增加,花岗岩的抗压强度增长幅度呈减小趋势,弹性模量和泊松比与应变率没有明确关系;随着围压的增加,弹性模量和泊松比与围压间也没有明确关系。接着,作者分别判别了动态的莫尔-库伦强度准则、动态的霍克-布朗强度准则的适用性,并对试验数据进行分析。研究结果表明,在中等应变率下,动态莫尔-库伦强度准则和动态霍克-布朗强度准则均适用,当采用动态莫尔-库伦强度准则时,花岗岩的内摩擦角随应变率增加变化幅度很小,其抗压强度主要取决于花岗岩的粘聚力;当采用动态霍克-布朗强度准则时,参数m对应变率变化不敏感。

土动三轴试验参数选取的理论分析与计算

土的动剪切模量与阻尼比这两个重要的土动力学特性参数,是土层地震反应分析中必备的数据,也是场地地震安全性评价必不可少的内容。目前地震安全性评价工作所需要的土动剪切模量比阻尼比试验结果多采用动三轴仪器进行试验。该试验涉及到固结比(围压与轴压取值)、频率、固结时间等多个参数,故其试验参数的选取对试验结果是至关重要的。试验参数选取的合理与否,直接影响所取土试样的土动力特性结果的正确与否。本文主要从动三轴试验原理和岩土力学、岩土动力学方面,结合地震安全评价工作实际目的,分析土动剪切模量和阻尼比试验参数意义,并给出参数正确的取值方法,确保土的动剪切模量与阻尼比试验数据结果的可靠性。

不同环境下水泥土动弹性模量的试验研究

为了研究动力荷载以及地下腐蚀性介质环境对水泥土力学特性的影响,通过水泥土的动三轴压缩试验,获取了不同环境下水泥土的动弹性模量参数,分析了不同环境对水泥土动弹性模量影响的关系曲线。试验结果表明,随着硫酸钠腐蚀溶液浓度的增大,水泥土的动弹性模量逐步增大,当浓度≈0.03 mol/L时,水泥土的动弹性模量开始逐步降低;随着腐蚀时间的增加,当硫酸钠溶液浓度较小(<0.03 mol/L)时,水泥土的动弹性模量逐步增大;当硫酸钠溶液浓度较大(>0.03 mol/L)时,水泥土的动弹性模量逐步降低;当溶液浓度较小(<0.03 mol/L)时,硫酸钠环境对水泥土的动弹性模量具有增强效应。而浓度较大(>0.03 mol/L)时,硫酸钠溶液和氯化钠溶液对水泥土均产生腐蚀破坏效应,且硫酸钠溶液腐蚀效应大于氯化钠溶液腐蚀效应;水泥掺入比越大,其动弹性模量越大;围压越大,水泥土的动弹性模量越大。

饱和尾矿砂动强度特性试验研究

通过对饱和尾矿料的动三轴液化试验,研究了尾矿料在往返加荷条件下的动强度特性,针对影响尾矿砂动强度的几种因素进行了分析和讨论,所得结论可为尾矿坝设计提供理论依据。

围压与振动频率对饱和砾砂液化强度的影响

采用TAJ-20振动三轴仪对饱和砾砂进行了不同围压、不同频率下的循环动三轴试验,研究了在均等固结的条件下围压与频率对饱和砾砂液化强度的影响。结果表明,饱和砾砂在均压固结条件下,其液化强度随着围压和振动频率的增大而增大,其达到液化破坏所需的时间也随着围压和振动频率的增大而急剧减少。不同围压下得到的动剪应力比与振动周次的关系可近似看做一条直线。液化强度与振动频率及围压的关系在半对数坐标图上均符合线性关系。

南海非饱和钙质砂动力特性三轴试验研究

为了解决南海非饱和钙质砂动力特性问题,选取南海地区钙质砂开展动三轴试验,系统研究不同参数对非饱和钙质砂力学特性影响规律.试验表明:非饱和钙质砂动应变和动孔压发展规律与饱和钙质砂存在明显差异.动孔压在饱和状态下试验前期发展较慢,近似呈线性增长,试验中后期波动较大,而在非饱和状态下的发展规律与之相反;钙质砂在非饱和状态时动应变曲线只有低围压下才有明显失稳点,100、150 kPa有效围压下无明显失稳点,在饱和状态时各有效围压下均有明显失稳点;非饱和状态下动孔压发展趋势受基质吸力影响较大,随基质吸力增大,最大动孔压整体呈现递减趋势,高基质吸力下试样破坏时的最大动孔压小于低基质吸力下试样破坏时的最大动孔压.

多级循环荷载下饱和砾性土动三轴试验研究

为探究多级循环荷载下砾性土动力特性,以围压与动应力幅值为变量,开展了饱和砾性土动三轴试验,对轴向累积应变εd、回弹模量Ed、动孔隙水压力ud及滞回曲线的演化规律进行对比分析.研究结果表明:围压增加会促使砾性土Ed、ud增长,而使εd减小;随着动应力幅值的提高,Ed的发展趋势由随振次不断减小向逐渐增长转变;高动应力幅值(σd=150 kPa)下,ud均呈骤降→逐渐增大的变化趋势;在循环荷载下砾性土动应变主要是各阶段前期形变累积的结果,不同围压下各阶段前期(N≤1 500)动应变增量均占动应变总增量的90%左右;围压越大,土体的耗能作用越弱,刚度越大.

海湾相有机质浸染砂的动力特性试验研究

海南省沿海地区分布着一种特殊的海湾相有机质浸染砂,为研究其动力特性,利用动三轴仪进行了不同围压和含水率下的动力变形特性及动强度特性试验研究。分析含水率、围压对其动应力–动应变关系、动弹性模量、阻尼比的影响。试验结果表明:在动应变不变的条件下,动应力随含水率的增多而减小,随围压的增大而增大;动弹性模量在含水率变化时,变化趋势较平缓;阻尼比随着动应变的增加而增大,随含水率的增大而减小。在围压改变时,阻尼比的变化不明显。为海南省海湾相有机质浸染砂地区构筑物的动力计算参数的选取提供参考依据。

低围压下埕北海域重塑粉土振动孔压模型试验研究

开展了低围压条件下固结不排水振动三轴实验,对埕北海域重塑粉土振动孔压发展模型进行研究.低围压条件下粉土孔压随振次的发展曲线呈现两种形态,具体呈现何种形态与粉土轴向动应力和临界循环应力有关.对孔压数据进行了归一化处理,发现低围压条件下粉土孔压模型可以用指数函数进行拟合,且黏土含量并不影响孔压模型形式,只会影响a、b两个实验参数.孔压影响因素分析表明,少量黏粒含量的加入可以使粉土的孔压发展速度增大;振动频率对粉土孔压发展的影响也存在一个临界值,约0.2 Hz,当振动频率小于该值时,粉土孔压增长速度随频率的增加而减缓;当振动频率大于该值时,粉土孔压增长的速度随频率的增加而增大.

饱和软黏土应变累积特性及经验模型

为了更加真实地描述地基饱和软黏土在长期交通循环荷载作用下的永久变形特性,借助GDS变围压动三轴试验系统对温州饱和软黏土开展了一系列恒定围压应力路径(CCP)以及变围压应力路径(VCP)下的部分排水循环加载试验,重点分析了循环动应力比(CSR)、应力路径(α)及其长度(L)对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在给定的循环次数(N)下,永久轴向应变随着CSR的增大和α的减小而增大,可分别采用指数函数和对数函数描述永久轴向应变与CSR和α之间的关系。基于试样经历10000次循环后的永久轴向应变,通过归一化处理发现归一化永久轴向应变(ε^(p)_(a),10000/ε_(p,CCP)_(a,10000))与归一化应力路径长度(L/L_(CCP))和归一化平均主应力幅值(p^(ampl)/p_(CCP)^(ampl))之间分别呈对数和线性关系且与CSR无关。进一步构建了考虑CSR、α以及N综合影响的对数型经验模型并对不同应力路径下的永久轴向应变进行了预测,预测结果与实测值呈现出较好的一致性。

昆明呈贡重塑饱和红黏土的动变形特性试验

为了得到不同试验条件下昆明呈贡地区的饱和红黏土的动变形特性演化规律,通过GDS动三轴试验系统,研究了围压、动载频率和固结比对重塑饱和红黏土动变形特性的影响.试验结果表明:随着围压和动载频率的增加,达到相同应变所需的动应力越大,动弹性模量也越大,阻尼比减小;随着固结比增加,达到相同应变所需的动应力越小,动弹性模量也越小,阻尼比增加.利用Hardin-Drnevich双曲线模型,对饱和红黏土的动本构关系进行拟合,拟合效果良好;给出了各试验条件下的拟合参数,并计算得到了最大动弹性模量和最大动剪切模量;两个模量随着围压和动载频率的增大而增大,随着固结比的增大而减小.