含盐量及冻融条件对冻融氯盐粉质黏土静动强度特性影响研究

沿海地区隧道建设中人工冻结法加固越来越多,而冻融氯盐粉质黏土静动强度及弹性模量特征是人工冻结法加固解冻融沉预测与稳定性设计的重要依据。为深入研究氯盐粉质黏土静动强度及弹性模量变化规律,开展了冻融前后、不同含盐量及冻融温度的固结不排水静三轴试验和动三轴试验。研究结果表明:不同试验条件下静三轴应力-应变曲线及动三轴骨干曲线均呈现应变硬化特征;冻融前试样曲线初始线性阶段更明显。静强度随含盐量增加先降后升,存在一对应最低强度的临界含盐量为1%;-10℃冻融后,含盐量≤3%时动强度无明显变化,含盐量为4%时动强度显著增大至其余含盐量试样的1.8倍;含盐量增加使弹性模量增加1.1~2.0倍。对弹性模量进行E/E_(max)归一化处理,并可用双曲线模型进行描述。冻融后,2%含盐量试样静、动强度损伤率分别为52%~66%、69%~78%,峰值静、动弹性模量损伤率为90%、81%。冻融温度对静、动强度及弹性模量影响不明显。研究结果可为人工冻结法在海相含盐地层应用、预测与控制工后融沉提供理论依据,保证隧道安全运营。

轻质土动力特性研究进展

轻质土具有轻质、高强、保温、隔振、环保、经济等优点,在路基回填、软基处理、隧道减荷等岩土工程领域具有广阔的应用前景.作为新型土工材料,交通荷载、地震荷载、波浪荷载等振动荷载对轻质土力学特性的影响引发众多关注.本文阐述了配合比(轻质材料含量、固化剂掺量、含水率等)、应力状态、振动频率、干湿交替和冻融循环等因素对轻质土动力特性的影响规律,总结了轻质土动剪切模量和阻尼比计算模型.研究发现水泥等固化剂的使用大幅提升了轻质土抵抗动荷载的能力,轻质土独特的孔隙结构可显著提高其隔振效果,干湿、冻融循环会导致轻质土动力学性能劣化,在实际工程中可通过设置防水层延长其服役寿命.通过模型试验和数值模拟验证了轻质土在实际工程中具有良好的动力稳定性和耐久性.目前轻质土动力特性研究尚处于起步阶段,新型固废轻质土动力学性能尚未深入研究,复杂环境因素与动荷载耦合作用下轻质土的作用机理、力学性能和本构模型研究,以及轻质土在不同工程背景下的设计施工方法研究仍需探索.

纤维EPS轻质土抗压与动变形性能分析

通过无侧限抗压强度试验与动三轴试验研究EPS掺量、纤维掺量以及水泥掺量对纤维EPS轻质土力学特性的影响。结果表明:纤维EPS轻质土的无侧限抗压强度和水泥掺量呈正相关,和EPS掺量呈负相关。纤维的加入提高了试样的无侧限抗压强度峰值、残余强度和整体性。纤维掺量大于0.3%时,提升效果减弱。纤维EPS轻质土的动应力应变曲线表现为非线性上升;相同动应力和围压下,EPS掺量越大,试样的动应变越大;动弹性模量随EPS掺量增加而降低,随动应力的增加逐渐降低,围压的升高增加了试样的刚度。

砂卵石土动力特性的动三轴试验研究

砂卵石土在自然界分布广泛,并具有抗剪强度高、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,因此在工程建设中得到广泛应用。为反映其在复杂应力状态下的动力变形强度特性,通过砂卵石土室内动三轴试验,对不同饱和度的砂卵石土的动力特性进行研究。主要分析围压、固结比和振动频率对砂卵石土动强度的影响。试验结果表明:(1)砂卵石土的动应力随固结比的增大而略有增加,随振动频率的增大而有较大增幅,而且其动强度随着围压的增大而显著增大;(2)在相同围压下,随动应力增加,破坏振次减小;(3)砂卵石土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压增大而增大;(4)其阻尼比随动应变的增大而增大,明显表现在微小动应变中。

轮胎颗粒混合土动力特性参数影响规律试验研究

废旧轮胎碎片颗粒与砂土混合用作路基或挡墙填料、建筑物基础隔震体系等具有质轻、土压力小、减震隔振效果好、耐久性优良、费用低廉的特点。通过室内数字化动三轴试验，重点对比研究了废旧轮胎颗粒含量及围压对混合土及纯砂土动强度、动弹性模量和等效阻尼比等主要动力特性参数的影响规律。结果表明，在相同围压和动剪应力比条件下，混合土动强度相对纯砂土略有降低（最大降低量约20 kPa，即约8%）；所有配比混合土动弹性模量均小于纯砂，且减小效果显著，最大减小量约22 MPa（即约60%）；混合土等效阻尼比先随轮胎颗粒含量的增大而增加，之后又随之减小，临界含量值介于30%～40%之间，混合土等效阻尼比相对纯砂土最大增加量约91%。结果证实，混合土剪切刚度有效降低，可以发挥减震隔振的优势。

粉煤灰土冻融循环后的动力特性试验研究

为研究粉煤灰土作为路基填料的可行性,把易液化的粉煤灰和易冻胀的粉质黏土按干重1:2混合,通过冻融循环后的动三轴试验,研究了粉煤灰土的动力特性,得出了动强度和循环荷载次数及冻融循环次数的数量关系,以及动模量与动应变及冻融循环次数的关系曲线。研究表明,粉煤灰土经过3次冻融后的动力性能指标优于粉质黏土,具有良好的抗冻性及稳定性,可以作为季冻区路基填料。

透明砂土与天然砂土动力特性对比

人工合成透明土材料在支撑岩土工程可视化模型试验技术领域得到了良好的应用。然而,关于该新型材料的动力特性研究仍相对缺少,一定程度上影响了其在动力相关模型试验中的推广应用。基于共振柱、动扭剪试验仪器,开展人工合成透明砂土的动变形与动强度特性试验研究,并与天然砂土及福建标准砂的相关动变形与动强度特性进行对比分析;透明砂土由折射率一致的熔融石英砂和混合油配制而成,混合油由15号白矿物油和正12烷按比例混合而成。试验测定并分析了透明砂土的动剪切模量-应变、阻尼比-应变、动剪切模量-阻尼比等关系曲线,以及孔压、动强度特征。试验结果表明,由熔融石英砂与混合油配制而成的透明砂土的动变形和动强度特性与天然砂土相似,可以模拟天然砂土材料开展动力相关模型试验研究。

循环荷载作用下软土动力特性试验研究

为研究循环荷载作用引起的软土动力特性变化及由此导致的地基承载力不足等问题,以营口软土为研究对象,通过动三轴试验,研究了动应力幅值、固结围压、固结比、振动频率和振动次数对软土动力特性的影响。试验结果表明:营口软土具有明显的结构性,其动应变-振动次数(εd-lg N)曲线和动骨干曲线存在明显的应变转折点,超过此应变转折点后,土体变形迅速增加;动强度随固结围压的增加而增大,固结比和振动频率对软土动强度的影响却并非简单的一致增大或减小;动弹性模量随固结围压、固结比和振动频率的增加而增大,而动阻尼比则随着固结围压和固结比的增加而减小,随振动频率的增加而增大。

循环荷载下粉质中液限黏土和粉煤灰土的动剪强度研究

通过对路基填料粉质中液限黏土和粉煤灰土的动力循环荷载试验,分析了粉质中液限黏土和粉煤灰土1:2的动力特性,得出了动剪强度与循环荷载次数间的变化规律以及动模量与动应变的关系表达式。研究结果表明:粉煤灰土1:2动剪强度优于粉质中液限黏土,可以作为路基填料。

橡胶颗粒改良粉煤灰土的动力特性试验研究

对橡胶颗粒改良粉煤灰土的动强度、动模量、黏聚力和内摩擦角进行了动三轴试验研究,并将试验结果与粉煤灰土的动力特性加以对比,分析表明:粉煤灰土及橡胶颗粒改良粉煤灰土在同一围压下动强度均随破坏周数的增加而减小;在同一破坏周数下动强度随着围压的增加而增加;粉煤灰土的黏聚力为203.73 kPa,内摩擦角为11°;橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力为227.26 kPa,内摩擦角为17°,橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力增大了23.53 kPa,提高了11.55%;粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量高于橡胶颗粒改良粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量。研究表明,橡胶颗粒改良后的粉煤灰土具有动强度高、黏聚力和内摩擦角大的特点,从而说明橡胶颗粒改良后的粉煤灰土可以作为季冻区路基冷阻层材料。

橡胶水泥土动力特性的试验研究

通过动三轴试验,研究了橡胶水泥土复合试样的动强度、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律,着重研究了橡胶粉掺量、围压和应变3个主要因素的影响并分析了内在机理。在围压不变的情况下,随着橡胶粉掺量的增大,橡胶水泥土复合试样动强度降低。围压越大,动强度越高,受橡胶粉掺量的影响越小。随着围压的增大,动弹性模量增大而阻尼比减小;随着橡胶粉掺量的增加,动弹性模量减小而阻尼比增大。通过数据拟合,得到了橡胶水泥土动弹性模量和阻尼比的计算公式。橡胶粉可以提高水泥土吸收能量的能力,采用橡胶水泥土作为地基处理材料时,能够起到减震的作用。

西昌昔格达组黏土岩动力特性试验研究

在大量动三轴试验的基础上,研究了不同固结条件(σ3c=100,200,400 kPa,kc=1.0,1.5,2.0)下西昌昔格达组黏土岩的动应力-动应变关系、动弹性模量、阻尼比及动强度特性。研究结果表明:西昌昔格达组黏土岩在一定条件下的动应力-动应变关系符合幂函数模型。动应力随着固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大。在相同围压下,达到相同动应变时,偏压固结状态比均压状态所需要的动应力大。当其他条件相同时,动弹性模量随固结压力或固结主压力比增大而增大,随着动应变的增加而减小并趋于稳定。最大动弹性模量Ed0与σ3c/Pa、kc均有良好的幂函数关系,且对不同固结应力状态条件可以归一。阻尼比随动应变增大而增大,但增大幅度随动应变增大而迅速减小,阻尼比随围压或固结主压力比增大而减小,但它们对阻尼比影响较小。不同固结应力状态下(λ/λmax)与(1-Ed/Ed0)有良好的幂函数关系。西昌昔格达组饱和黏土岩动剪应力τd随固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大,随振动次数增加而减小。τd/σm均随固结围压σ3c增大而减小,随固结压力比kc增大而增大。动剪应力τd与平均压力σm、固结主压力比kc有较好的线性关系。

动静组合加载下不同负温人工冻结粉质黏土强度和变形特性分析

研究动静组合加载下不同负温冻土的强度和变形特性对提高冻土开挖破碎效率、确保冻土工程稳定具有重要的理论和工程意义。借助改进的分离式Hopkinson压杆试验系统,研究了不同负温下人工冻结粉质黏土的静态和动态应力-应变曲线、抗压强度、变形模量和破坏特征。试验结果表明:单轴动态压缩条件下,随着试验温度的降低,人工冻结粉质黏土应力-应变曲线弹性段占比有减少的趋势,峰后下降段逐渐趋于明显;三维动静组合加载下,不同负温冻土的应力-应变曲线均可分为弹性、塑性和破坏三个阶段。人工冻结粉质黏土在冲击荷载作用下的温度敏感性要强于静态荷载,体现冻土的动脆性特征;在冲击荷载作用下,冻土在三维动静组合状态的温度敏感性要弱于单轴状态。动态单轴荷载作用下,不同负温冻土试样均呈粉碎状破坏,而三维动静组合状态下冻土破坏后无明显裂纹。

土遗址土动力特性

通过动三轴试验和数值计算,分析甘肃河西地区原状、重塑土遗址土的动模量、阻尼比、抗剪强度和土遗址在破坏地震作用下的动力响应。结果表明:弹性范围内,原状和重塑土遗址土动应力σd和动应变εd呈非线性关系且符合双曲线模型,动弹性模量E随εd的增大而减小,二者初始动弹性模量E0和剪模比G/G0差别很小,剪模比曲线基本重合;剪应变γ取值范围相同时,重塑土阻尼比λ随着γ的增大趋势高于原状土;相同实验条件下,原状土遗址土内聚力略高于重塑土。夯实加固法一定程度上恢复了土遗址强度,但当破坏地震来临时,其整体的抗震性能还有待加强.

水泥改良泥质板岩土动力特性试验

针对未改良和水泥改良的泥质板岩砂土,利用振动三轴仪开展不同加载频率和围压作用下的循环振动加载试验,研究土的动弹性模量、阻尼比、动力强度和动力累积变形等参数的变化规律,对比改良土和未改良土的试验结果,分析和评价改良效果。研究结果表明:改良土的动应力与动应变关系骨干曲线为双曲线;改良土阻尼比随动应变幅值增大而增大,近似为双曲线函数关系;改良土初始动弹性模量随围压增大而增大,最大阻尼比随围压增大而减小;改良土初始动弹性模量随加载频率增大而增大,但加载频率对最大阻尼比的影响不大;改良土动应力强度和破坏振次的对数呈线性递减关系;水泥改良后,泥质板岩土的动力强度和初始动弹性模量显著提高,而最大阻尼比变化不大。改良土动力变形稳定性比未改良土的强。

砂卵石土动、静特性的对比试验研究

在室内砂卵石土动、静力特性对比试验基础上,通过大量试验数据对比分析了不同条件下非饱和砂卵石土和饱和砂卵石土的强度和变形特性。结果表明:非饱和试样和饱和试样破坏时,剪切位移变化比较一致,压力增大时,剪切位移增加;从非饱和土到饱和土,随着振动周次的增加,粘着力和内摩擦角都有着不同程度的下降;不同含水量条件下,饱和样的强度增幅比较均匀,振动次数相同时,不同固结应力条件下的破坏应力约成等差关系;而非饱和样的强度增幅不均,有时相差很大,但非饱和砂卵石土的强度参数比饱和砂卵石土大很多。

振动频率对饱和砂卵石土动模量和动阻尼比影响的试验研究

通过饱和砂卵石土室内动三轴试验,将不同振动频率对动模量和动阻尼比的影响进行了较为细致的研究,分析了饱和砂卵石土的动力特性随振动频率的变化规律。试验结果表明,振动频率的改变对动模量没有显著的影响,但是在总体上来说阻尼比随振动频率增大而减小。

砂卵石土动强度的试验研究

通过对砂卵石土室内动三轴试验,对饱和砂卵石土的动力特性进行了较为深入地研究。主要分析不同围压、不同固结比和不同振动频率对砂卵石土的动荷载影响的变化规律。试验结果表明,砂卵石土呈现出动弹性模量随动应变的增大而非线性地降低,动荷载频率对动弹性模量影响很小,动弹性模量随着固结比的增大而显著增大的规律。同时,砂卵石土的阻尼比具有随动应变增大而增大,随着围压或固结比的增加而减小的变化规律。

围压和固结应力比对砂卵石土动力特性的影响

通过砂卵石土室内动三轴试验,对砂卵石土的动力特性进行了较为深入的研究,得到了在不同围压、不同固结下砂卵石土的动强度和动模量的变化规律。试验结果表明,围压对动强度和动模量都有明显的影响,不同的固结应力比条件下,动强度及动模量变化也较大。

砂卵石土动强度与动弹性模量试验分析

通过砂卵石土动三轴试验,深入研究了砂卵石土动力特性,得到了砂卵石土的动强度和动模量在不同围压及固结应力比条件下的变化规律。试验结果表明,围压是动强度提高的重要影响因素,固结应力比不同的条件下,动强度及动模量变化也较大。