海上风电平台地基土工程力学特性试验研究

我国东部沿海地区沉积环境复杂多变,海上风电平台地基土性质软弱、复杂,与陆域土相比有较大差异。为系统研究海洋地基土工程力学特性,对江苏海域代表性扰动原状海洋土开展实验室基础土工试验、弯曲元试验及不排水三轴剪切试验,测定海域粉土及粉质黏土的物理力学性质,系统分析基本物理指标与扰动海洋原状土不排水剪切强度及剪切波速的相关性。试验发现:海洋粉土和粉质黏土的剪切波速V_(s)均随深度H的增大呈线性增大,但粉土V_(s)随H增大的增长速率明显大于粉质黏土;粉质黏土及粉土的呈现两种不同的应力-应变发展模式:应变硬化型和应变软化型,粉质黏土和粉土的不排水剪切强度S_(d)整体随H均增加呈增加趋势,但是没有表现出明显的单一相关性。孔隙比e的增大会促使两种土的S_(d)的降低,且S_(d)与e两者均有单一相关性;基于扰动原状土室内单元试验建立的S_(d)与V_(s)的关系,建立基于现场剪切波速的当前地层条件下未扰动原状土的不排水强度特性评价方法,但对于低含水率的粉质黏土,该方法略有保守。

宽河谷非均匀工程场地非线性地震反应空间变异特征研究

针对宽河谷非均匀工程场地地震动响应的空间差异性,以长江下游宽河谷场地为研究对象,建立了宽河谷非均匀场地非线性地震响应的静、动力耦合有限元分析模型,考虑了行波效应和上覆水压力的影响,分析了场地地表及地层不同深度处地震反应空间变异特征。结果表明:场地地表不同位置处地震动参数差异明显,其变化规律与地形起伏相一致,且在多级边坡坡顶、地形起伏较大处地震动参数产生突变,揭示了宽河谷非均匀场地地震动响应空间的差异性;场地地表的反应谱表现出“多峰”、“宽周期”等特性。将计算结果与不考虑地形的简化模型计算结果进行对比分析,验证了非均匀宽河谷场地需要充分考虑地形和土层非均匀的必要性。

NJUT在岩土地震工程领域的研究进展

本文回顾了南京工业大学(Nanjing Unversity of Technology,NJUT)在岩土地震工程领域开展的理论和试验研究工作,主要内容包括:地基土液化、土动力特性、场地地震效应、土与结构动力相互作用以及重大工程结构(桥隧、地铁车站、土石坝、高层建筑)地震反应特性等。文中简要介绍了以上工作所取得的主要创新性成果以及工程应用情况,并对今后研究方向进行了展望。

变刚度地基上隔震结构群桩基础动力响应试验研究

通过控制输入地震动持时压缩比和强度的方法,提出了变刚度地基上桩基基础隔震结构振动台模型试验方法,并结合已完成的不同地基上桩基基础隔震结构系列振动台模型试验,分析了地基刚度变化对隔震结构群桩基础动力学特性的影响规律。结果表明,结构-土体相对刚度比和输入地震动强度显著影响隔震结构群桩基础弯矩反应,强震下结构-土体相对刚度比越大,隔震结构群桩基础中间桩体上部弯矩反应幅值增大越显著,而中间桩体下部弯矩幅值较小。当输入加速度峰值和结构-土体相对刚度比R大于一定限值时,群桩基础震陷显著增加,群桩基础承台转动反应强烈,同时群桩基础桩顶水平位移在主震后出现明显的单边累积水平位移,说明强震作用下地基刚度变化过程中隔震结构群桩基础上部更易出现地震破坏,而群桩基础震陷与基础承台强烈转动反应的共同作用可能是导致隔震结构群桩基础上部弯矩骤增的主因。

纤维地聚物改性粉质黏土无侧限抗压强度试验研究

通过对杭州市某隧道工程开挖产生的废弃粉质黏土添加不同改良剂后开展无侧限抗压强度(unconfined compression strength,UCS)试验,研究了不同矿渣掺量、矿渣-粉煤灰比例、聚丙烯纤维掺量条件下改良土样的抗压强度特性,并对抗压强度形成的机理进行了分析;同时,基于扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验对表征土体孔隙特征的有关指标展开了定量分析。结果表明:在矿渣掺量为12%时UCS最大,为6738.04 kPa,较素土强度提高80.69倍;粉煤灰的掺入可提高试样后期强度,在K8F2(矿渣/粉煤灰比例80%∶20%)试样中最优;聚丙烯纤维的掺入能有效地改善材料的脆断性能,最优纤维掺量为0.4%。试样孔隙的定向频率在80°~100°区间内分布的概率最大,掺入粉煤灰后定向性较为均匀;孔隙率随着矿渣掺量的增加、地质聚合物中矿渣含量的增多均逐渐减小,在试样K12(矿渣掺量12%)和K8F2中出现最小值;而随着纤维掺量的增加,呈现先降低后升高的趋势,当纤维掺量为0.4%时其值最小,为6.204%;孔隙平均直径主要分布在0~1μm,矿渣掺量增多则小孔隙增多,大孔隙减少;孔隙丰度主要分布在0.4~0.6,孔隙形状主要为椭圆。

饱和珊瑚砂体应变发展模式与预测模型试验研究

珊瑚砂具有较好的排水条件,地震、波浪荷载作用下饱和珊瑚砂产生的排水变形易引起海床和附近结构物的破坏。利用GDS循环三轴仪,针对南沙岛礁饱和珊瑚砂试样进行了一系列循环排水加载试验,以探究细粒含量FC、相对密度D_r及循环应力比CSR对饱和珊瑚砂变形特性的影响。试验结果表明,饱和珊瑚砂的累积体应变ε_(vp)的发展速率和变形程度随FC、CSR的增大而增大,随D_(r)的增大而减小。饱和珊瑚砂ε_(vp)-N关系曲线呈现出循环平稳和循环蠕变两种发展模式。引入潜在破坏系数DP表征FC对ε_(vp)发展模式的影响,建立了DP×CSR-D_(r)框架的饱和珊瑚砂体应变发展模式评价方法。为表征FC及D_(r)对饱和珊瑚砂ε_(vp)-N关系曲线的影响,引入了骨架孔隙比e_(sk)*,发现两种发展模式下ε_(vp-s)与e_(sk)*均存在良好的相关性,遂建立了排水循环加载条件下饱和珊瑚砂的体应变发展模型,可以较好地预测饱和珊瑚砂的累积体应变发展规律。

穿越液化流滑区盾构隧道纵向非线性地震响应研究

为了明确场地液化流滑区越江跨海盾构隧道结构的抗震性能,以宽河谷微倾斜可液化场地在不同地震动强度下土层的位移时程作为输入地层震动状态,并基于广义反应位移法,建立了4.8 km精细化梁-弹簧盾构隧道模型,研究了场地液化流滑对盾构隧道纵向地震响应和相邻管环纵向张开量的影响。研究结果表明:场地的液化流滑将导致盾构隧道产生极大的环间纵向张开量、截面拉力和压力突变,充分说明了场地流滑对隧道结构地震安全的危害性;盾构隧道损害严重位置处均位于液化土层的滑动面;沿轴线的弯矩变化曲线与加速度放大系数曲线和河谷地形具有一致性,且曲线在液化区呈现出明显的突变现象。

基于能量法的海洋黏土循环破坏准则试验研究

海洋黏土循环强度的合理确定对确保海洋结构物全寿命服役期的稳定性有重要意义。针对不同塑性指数IP长江口原状海洋黏土,开展了不同循环应力比CSR条件下的常体积循环单剪试验,结合能量法探究了原状海洋黏土的循环破坏准则。研究结果表明:原状海洋黏土存在门槛循环应力比CSR_(th),当CSR<CSR_(th)时,单圈能量耗散Wi只在较小范围内线性发展,土体不会发生循环破坏;当CSR>CSR^(th)时,Wi随循环振次N的发展曲线因土体结构的严重破坏而出现突变点,并以该点作为破坏点确定了破坏振次Nf和破坏双幅剪应变γ_(DA,f);长江口原状海洋黏土的CSR^(th)随IP增大增长呈现幂函数关系。随着CSR和PI的增大,Wi和γ_(DA,f)均逐渐增大,N_(f)逐渐减小。γ_(DA,f)/IP^(1.5)-CSR-CSR^(th)的数据点分布在一条较窄的范围内,且γ_(DA,f)/IP^(1.5)随CSR-CSR^(th)增长服从线性函数关系,提出了适用于不同海域原状海洋黏土DA,fg的评价方法。

某越江综合管廊河谷场地液化流滑侧向扩展研究

液化引起河流阶地横向流滑会对长江下游的自然环境和建筑环境造成巨大破坏。然而,长江下游宽河谷场地尺寸达几千米,场地存在厚且松软的沉积层,土层分布极不均匀。土壤的非线性和千米级横向变形限制了该类场地数值模拟的可计算性。针对长江下游宽河谷场地地形的复杂性和地层的特殊性,并结合实际工程所在场地地质剖面,建立了长江下游宽河谷场地精细化模型。采用已建立的砂土液化大变形粘弹塑性本构模型和ALE方法,解决了该类场地流滑大变形模拟困难。考虑地震波类型和强度的影响,分析了宽河谷微倾斜场地液化分布特征和侧向流滑规律。结果表明:微倾斜可液化场地坡底处土层的液化程度最为严重,微倾斜岸坡场地河床发生了明显的液化侧向扩展地震破坏,揭示了宽河谷微倾斜可液化岸坡场地侧向扩展的空间变位特征,上述原因主要是由于宽河谷不同位置处土单元应力状态差异性所造成;通过与场地液化侧向扩展震害等级评价标准进行对比,进一步明确了该长江下游宽河谷微倾斜岸坡场地液化流滑侧向扩展的震害特征及其程度。

人工冻结水泥改良土冻胀融沉特性研究

针对人工冻结法缺陷引起冻胀融沉的施工问题,采用室内试验的方式,研究不同水泥掺量和养护龄期作用下冻结水泥改良土冻胀融沉性能,并通过数值模拟与试验数据相互验证。研究表明,随水泥掺量的增加,样本冻胀融沉率逐渐降低;水泥掺量达到8%时,样本的冻胀融沉抑制率最优;养护龄期在14 d后,冻胀融沉率基本不变;在12%水泥掺量下,模拟值与实测值的冻结锋面发展规律较为接近;冻结初期,冻结锋面向下传递速率较快,越靠近暖段冻结锋面传递速率越慢,两者到达冻结锋面80 mm处,模拟值较快,差值为1.5 h。研究结果表明数值模拟能有效反映水泥改良土的冻胀机理。

预固结对长江漫滩相软土抗剪强度的影响研究

固结快剪试验是获取软土固结不排水抗剪强度的重要方法,长江漫滩相软土具有压缩性高、孔隙比大、含水率高、渗透率低、固结时间长等特点,严重影响了软土固结快剪试验的生产效率。为研究预固结对长江漫滩相软土抗剪强度的影响,并探索提高漫滩相软土固结快剪试验效率的方法,以南京长江漫滩相软土为研究对象,制定了预固结-卸载剪切、正常固结剪切、预固结-卸载-再固结剪切3种试验方案,开展了一系列固结和剪切试验。试验研究表明:长江漫滩相软土是一种前期固结迅速,后期固结稳定缓慢的软土;固结25 min时固结度可以达到95%,而完全固结稳定需要5~8 h;软土抗剪强度均随固结度U的增加呈增大趋势,其增长速度逐渐减缓,各荷载条件下抗剪强度随U提高的增长幅度基本相同;当固结度为70%~80%时,其抗剪强度达到完全固结时的90%~95%。研究成果可为软土固结快剪试验的方法改进提供参考。

南京新近沉积土动剪切模量比与阻尼比的试验研究

通过对南京淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉质粘土与粉砂互层土、粉土、粉砂和细砂等6类新近沉积土120个原状土样、历时4 a的试验研究,给出了南京6类新近沉积土的动剪切模量比G/Gmax和阻尼比D随剪应变幅值γ变化的平均曲线的拟合曲线及其参数的推荐值。为便于一般工程借鉴,给出了该6类新近沉积土的G/Gmax–γ和D–γ试验曲线的典型值。该成果有利于加深对南京新近沉积土动力特性的认识,并对该地区一般工程建设场地的地震安全性评价工作具有借鉴和参考价值。

南京细砂动剪切模量和阻尼比的试验研究

动剪切模量和阻尼比是重大工程开展场地地震反应分析必不可少的参数。完成了南京细砂的自振柱和动三轴试验,研究了固结围压、孔隙比、含水量和荷载频率对动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明：固结围压和孔隙比对最大动剪切模量的影响显著,建立了最大剪切模量与固结围压、孔隙比之间的经验关系,最大剪切模量随细砂中含水量的增加而减小并趋于稳定;固结围压对动剪切模量比具有一定影响,其他3个因素对动剪切模量比和阻尼比的影响不明显;排水条件下泊松比随剪应变幅值的增大而增大,剪应变幅值在1.0×10-4~1.0×10-3范围时,泊松比增大的趋势更加明显;采用自振柱和动三轴试验测试得到的动剪切模量比和阻尼比基本一致。

南京及邻近地区新近沉积土的动剪切模量和阻尼比的试验研究

通过对南京及其邻近地区河漫滩相成因的粘土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土与粉砂互层土、粉土、粉细砂等6类新近沉积土的自振柱试验,详细地探讨了围压大小、剪应变水平、土的颗粒组成和结构性对这6类新近沉积土的剪切模量G及阻尼比l 的影响。通过与Seed和Idriss建议的砂土G/Gmax-g 和l-g 曲线变化范围的对比,结果表明,不能将粉质粘土与粉砂互层土简单地当作砂土或粉质粘土对待。通过试验和理论分析,给出了南京及其邻近地区6类新近沉积土动剪切模量和阻尼比随剪应变变化的平均曲线的拟合曲线、包络线及其参数的推荐值,对实际工程具有一定的借鉴作用。

南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂的抗液化性能试验研究

南京粉质粘土与粉砂互层土为粉质粘土与粉细砂交互沉积,呈现“千层饼”状外貌;南京粉细砂是一种以片状颗粒成分为主的粉细砂,与通常的圆形颗粒石英砂有一定区别,片状颗粒成分使得南京粉细砂具有各向异性的性质。通过南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂对比液化试验,对其试验成果进行分析,从中发现:无论是偏压固结还是均压团结,当固结压力α_2=100 kPa时,南京粉质粘土与粉砂互层土的液化剪应力比比南京粉细砂的大得多;而当固结压力α_2=200kPa时,两种土的液化剪应力比相当接近。因而,对于重大工程应该慎重考虑它们的液化可能性。

南京地区新近沉积土的动剪切模量和阻尼比的初步研究

本文通过对南京地区两个工程场地漫滩相成因的砂土和淤泥质粉质粘土与粉砂互层土的自振柱试验结果进行分析 ,探讨了围压对剪切模量G及阻尼比λ的影响 ;通过与Seed和Idriss建议的砂土G/Gmax-γ和λ -γ曲线变化范围的对比 ,认为不能简单地把淤泥质粉质粘土与粉砂互层土当作砂土或粉质粘土对待。

南京下蜀土水敏性特征的试验研究

对不同含水状态下南京下蜀土的物理性质、水理性质以及力学性质开展试验研究,探讨了下蜀土的主要水敏性特征。研究表明:在干、湿不同状态下,南京下蜀土物理性质、水理性质及抗剪强度差异明显,含水率较高的下蜀土表现出一定的塑性,脱湿条件下逐渐表现出脆性破坏特征。临界含水率及拐点含水率是研究南京下蜀土水敏性特征的重要参数。研究成果进一步丰富了对下蜀土水敏性的认识,对于评价不同含水状态下下蜀土的工程地质性质,尤其对下蜀土边坡稳定性的分析评价具有重要意义。

粘粒含量对南京粉细砂液化影响的试验研究

南京粉细砂是一种以片状颗粒成分为主的粉细砂,与通常的圆形颗粒石英砂有一定区别,片状颗粒成分使得南京粉细砂具有各向异性的性质。通过对不同粘粒含量的南京粉细砂进行液化试验,分析其试验结果发现:对于粘粒含量ρ_c=5％、10％和15％三种情况,在均压固结情况下,当南京粉细砂达到初始液化时,采用变形标准和孔压标准是一致的;而偏压固结时,只能采用变形标准作为南京粉细砂达到初始液化的标准,此时振动孔压仅达到围压的50％～70％。粘粒含量对南京粉细砂的抗液化强度影响很大,随粘粒含量增加,在不同固结比时,其抗液化强度并不是单调变化,而是在粘粒含量ρ_c=10％左右处于一个低谷,其抗液化强度最低。

南京粉质黏土与粉砂互层土及粉细砂的振动孔压发展规律研究

南京粉质黏土与粉砂互层土为粉质黏土与粉细砂交互沉积,呈现"千层饼"状外貌;南京粉细砂是一种以片状颗粒成分为主的粉细砂,与通常的圆形颗粒石英砂有一定区别,片状颗粒成分使得南京粉细砂具有各向异性的性质。利用南京工业大学岩土工程研究所自行研制的DSZ-1型动三轴仪对南京粉质黏土与粉砂互层土及粉细砂进行对比试验,对其试验成果进行分析,从中发现:在均压固结条件下,由于粉质黏土与粉砂互层土独特的结构性,其振动孔压发展模式与粉细砂的不同,可以用双曲线进行拟合,而粉细砂的振动孔压发展模式与Seed提出的砂土的振动孔压发展模式相同,可以用反正弦三角函数拟合;在偏压固结条件下,两者的振动孔压发展模式相同,均可以用双曲线进行拟合。此外,无论是均压固结还是偏压固结条件,对于粉质黏土与粉砂互层土,当以轴向双幅应变5%作为液化标准时,其发生液化的振动孔压均达不到围压值。

南京河西地区软土场地地震动参数研究

根据南京河西地区所处的地震地质环境、地震活动环境及基岩地震动衰减规律 ,对所选取的某个典型工程软土场地 ,进行了地震危险性分析 ,给出了基岩地震动参数 ;对场地的地震动效应进行了研究 ,给出了 5 0a及10 0a超越概率水平为 6 3%、10 %和 3%的场地地震动参数。