地震P波和S波耦合的变围压动三轴试验模拟

地震发生时,尤其是直下型地震发生时,P波对场地土体的作用不可忽略。通过变围压动三轴设备施加的特殊应力路径,模拟了P波和S波耦合对饱和软黏土动力特性的影响,即循环剪应力和循环正应力耦合对饱和软黏土动力特性的影响。试验结果表明:变围压动三轴试验得到的包括循环剪应力和循环正应力的应力路径可以较好地模拟P波和S波的耦合作用;循环剪应力和循环正应力的相位差对饱和软黏土的动强度有较大的影响,当相位差为180°时,土体的动强度最低,当相位差为0°时,动强度最高;随着循环正应力幅值的增大,土体的动应变发展速度与常规恒定围压动三轴试验下的动应变发展速度相比,差距逐渐增大。这些发现一方面表明强震过程中P波的作用不可忽略,另一方面表明,在某些情况下,常规恒定围压动三轴试验高估了饱和软黏土的动强度,对抗震设计不利。

岩石破坏前后曲线分类及脆-延转换围压研究——蚀变岩常规三轴压缩试验Ⅰ

蚀变岩是工程中少见的软弱岩类,在西南某重大水电工程中,蚀变岩处于工程的重要部位,为保证工程的长期稳定性,对蚀变岩力学特性进行了深入全面的试验研究。通过对孔隙度不同的饱水蚀变岩进行系统的常规三轴压缩试验和总结分析,提出了蚀变岩三轴压缩下破坏前应力-应变曲线可分为3大类,破坏后应力-应变曲线亦可分为3大类的形态模式。并得出结论:蚀变岩的破坏类型受围压与孔隙度的共同影响,在给定的12MPa围压下蚀变岩以脆性破坏为主,只有孔隙度大于16%且围压大于4MPa时才有可能进入脆-延转换状态,且脆-延转换围压随孔隙度增加而降低,临界状态应力比随孔隙度增大而增加。

大岗山坝区辉绿岩卸围压三轴流变试验及分析

为研究硬脆性岩体的卸荷流变力学特性,以大岗山水电站坝区为依托,经过现场采样取芯,采用三轴流变试验机,开展硬脆性辉绿岩不同应力路径下的三轴流变试验研究。研究结果表明：卸荷流变和加载流变都存在门槛效应;加载流变破坏的侧向应变为轴向应变的2~3倍,卸荷流变破坏时为1~7倍;加载流变破坏形态主要为剪切破坏,而卸荷流变破坏形态主要为劈裂破坏;轴向应力σ1恒定卸围压流变时岩样表现出的脆性比偏应力（σ1-σ3）恒定卸围压流变更为剧烈;二者的流变破坏破坏强度均比常规三轴强度低。

大型三轴流变试验轴压及围压装置与应用

针对道路工程领域中高填路堤土体填料应力特点,提供一种新型粗粒土三轴流变试验的轴向压力和围压力装置,克服了现有粗粒土三轴流变试验中加载持久性及稳定性问题。采用该装置研制了适合粗粒土路堤填料的大型三轴流变试验仪(命名为GSRT),用于粗粒土路堤填料流变试验,为开展道路工程领域的粗粒土路堤填料三轴流变试验研究提供了工具。

华勘——全自动三轴压缩试验系统

系统组成及功能 全自动二轴压缩试验系统由三轴压缩仪、采集控制器、传感器(主应力差、围压、孔压、排水、反压、体变)及计算机、气泵等组成。

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。

围压和含水率对川西—藏东地区板岩残积土的动强度影响试验研究

受特殊地质构造条件影响,川西—藏东地区板岩、千枚岩等变质岩风化强烈,形成的残积土具有较为广泛的分布,对这一地区的变质岩残积土的动力特性开展研究,具有重要的意义。利用动三轴试验仪对川西—藏东地区板岩残积土进行分析测试,重点研究不同含水率、不同固结应力和振次下的动强度参数变化规律。结果表明,含水率和固结应力对试样动强度影响明显;在相同固结应力、固结比条件下,强度随含水率增大而减弱;在相同含水率、固结比条件下,强度随固结应力增大而增强,但都不呈正比例关系。板岩残积土的动强度指标动黏聚力随含水率的增加而明显减小,对含水率敏感性较强;动摩擦角则随含水率增加变化量较小,对含水率敏感性较低。

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。

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.

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.

原状土与重塑土的动三轴对比试验及研究

以甘肃中试厂的地基土为研究对象,采用GCTS STX-100双向振动三轴仪,开展了重塑粘性土样和原状粘性土样相对比的三轴试验,并评价了重塑粘性土及原状粘性土的动力特性,结果表明:原状粘性土和重塑粘性土的动弹性模量随着动应变的增加而减小,但是与围压成正比,同时动应力会随着动应变的增加而增大;最大动剪切模量在围压增大的时候会同时增大,但是当剪应变增大时则会减小;土体扰动减小了土体的动弹性模量和动剪切模量。

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。

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。

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。

低围压下埕北海域重塑粉土动强度特性

为了探讨低围压下粉土的动强度特性,利用低围压条件下固结不排水振动三轴试验,对埕北海域3种不同黏粒质量分数的重塑粉土进行研究。结果表明:低围压条件下埕北海域重塑粉土的破坏准则采用以往的破坏准则不合适,将应变达到2%~3%作为低围压条件下粉土的破坏准则;低围压条件下粉土动应力曲线具有幂函数曲线特征;粉土动强度受固结比的影响,动强度的最大值出现在固结比约为1.5;低围压条件下埕北海域重塑粉土内摩擦角介于8.6°~15.26°,内聚力介于1.20~4.86 kPa,临界循环应力比为1.45。

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.

循环侧压作用下垃圾土动力特性试验研究

采用双向循环动三轴试验装置研究了在K0固结条件下垃圾土试样在轴向力不变,仅改变围压的情况下的累积孔压及轴向应变的发展特性,根据垃圾土中孔隙水压力及土体轴向应变在发展过程中的不同现象,总结了有效围压、循环应力比以及加载频率对垃圾土内部动孔压及轴向应变发展的影响.研究表明,随着频率的降低、循环应力比的增大、固结围压的增大,垃圾土的超孔压增大,而轴向应变则减小.同时,采取福建标准砂试样作为对照组,对比了两种试样在相同的加载条件下的动力响应,对垃圾土动力的特性有了更系统的认识.

青藏铁路原状冻结砂土动力特性参数试验研究

以青藏铁路抗震研究为背景,研究原状冻结砂土动力特性参数。基于低温动三轴试验仪分析原状冻土动弹性模量、阻尼比及其与振动频率、围压和试验负温的关系。试验结果表明:动三轴试验温度-10^-0.6℃、围压0.1~0.5 MPa、荷载振动频率0.5~5Hz时,含水量为16.1%的青藏铁路DK1047+000段清水河原状冻结砂土动弹性模量试验值为900~1 350 MPa,阻尼比为0.04~0.15;随着荷载振动频率增大,冻土动弹性模量呈对数曲线增长;围压对冻土的作用分为增强效应和减强效应,围压较小时动弹性模量随着围压的增加而增大,达到临界围压后动弹性模量随着围压的增加而减小;动弹性模量随着温度降低线性增长,负温对动弹性模量影响较明显;频率、负温对阻尼比的影响与其分别对动弹性模量的影响呈近似相反的规律,随着围压的增加阻尼比分布变得分散。