动荷载作用下高速铁路风积土地基动力特性试验研究

根据辽西地区的地震资料和波速测试资料,通过动三轴试验,进行了地震冲击荷载和列车振动荷载两种动荷载作用下辽西风积土地基的动力特性试验研究。研究结果表明,风积土的动强度、动变形和动模量等指标与荷载类型、持续时间、振动频率和动应力幅值等条件有关。在地震荷载作用下,动荷载频率和动应力幅值越大、震动持续时间越长,其产生的动应变越大;在高速列车振动荷载作用下,土的动强度和动抗剪强度随振动次数的增加而降低;固结比相同时,动弹性模量Ed和动剪切模量Gd随固结压力的增大而增大;随动应变εd的增大而减小,且初始时刻减小速度明显,之后逐渐变缓。     

变围压条件下粉质黏土动孔压特性试验研究

为研究变围压条件下粉质黏土的孔压发展规律及强度特性,利用GDS振动三轴试验系统开展了不排水和部分排水时粉质黏土变围压循环三轴试验,研究了变围压应力路径对粉质黏土动孔压变化的影响规律。结果表明:变围压条件下,粉质黏土孔压主要由弹性孔压和残余孔压两部分组成。不排水条件时,粉质黏土最大孔压比随应力路径斜率和循环动应力比增加而增大,最小孔压受循环围压影响较小;部分排水试验时,最大孔压比曲线(r_u~(max)~N)和最小孔压比曲线(r_u~(min)~N)表现为先升后降;当振动次数N2500次后,孔压变化逐渐趋于平稳。最大(小)孔压比均随着循环动应力比的增大而增大,但循环围压幅值对孔压比的影响却不同。最大孔压比r_u~(max)的稳定值随着循环围压幅值的增大而增大,最小孔压比r_u~(min)的稳定值随着循环围压幅值的增大而减小。上述研究成果可为交通循环荷载作用下粉质黏土的强度特性理论研究提供科学依据,为地基灾变控制研究提供技术支撑。     

循环剪切荷载作用下软土的力学性状研究

利用从现场取得的原状土样,通过室内动三轴试验对循环荷载作用下的变形、孔压和强度特性进行研究。试验研究主要考虑了周围固结压力、循环剪切应力比、荷载频率和循环次数等因素的影响。研究表明,在循环荷载作用下,孔隙水压力和轴向应变均是一个波动上升的过程。当循环应力比增大时,动孔隙水压力变化幅值显著增加,而残余孔压也较大。同时,孔隙水压力值也随着周围压力的增大而明显增大。当作用荷载频率比较大时,需要更多的循环次数才能达到小频率作用荷载能达到的孔隙水压力值。但是,随着循环荷载作用次数的增加,频率对孔隙水压力的影响有减小的趋势。     

含粘粒砂土抗液化性能的试验研究

通过对含粘粒砂土所作的试验研究, 包括: 粘粒矿物成分不同、粘粒含量不同的重塑土样所作的室内动三轴试验; X光衍射试验, 试验结果对比分析后, 得出了含粘粒砂土抗液化性能的特性。并得出以下结论: (1)粘粒矿物成分不同, 也引起砂土动力稳定性的变化; (2 )动剪应力强度与粘粒含量并非呈单调增加关系, 而呈抛物线型, 并给出回归方程; (3)含粘粒的砂土, 其抗液化能力最低点总是在粘粒含量 8.5～ 9.5 %之间。     

干湿循环导致粉砂质泥岩力学特性变化规律研究

受亲水矿物成分影响，水侵作用下粉砂质泥岩力学特性易劣化．开展多种干湿条件下粉砂质泥岩的单/三轴压缩试验，研究试样在饱水作用下的强度和刚度弱化，分析干湿循环对试样力学特性的影响规律．试验结果表明，粉砂质泥岩强度和刚度均随饱和度增加而明显降低，在中期变形阶段刚度下降程度明显大于早期变形阶段．粉砂质泥岩强度随围压增大而线性提高，其强度特性可采用Drucker-Prager准则描述，且试样开裂角符合剪切滑移破坏特征．干湿循环试验结果表明，粉砂质泥岩单轴抗压强度和割线模量随循环次数增大而近似线性衰减，并且其刚度衰减快于强度衰减．     

黄河三角洲粉质土的动模量和阻尼比试验研究

结合室内共振柱和动三轴实验,对黄河三角洲饱和原状粉质土体(粉土、粉砂、粉质粘土)动模量和阻尼比的影响因素和发展规律进行了详细的研究。研究表明,在粉粒和粘粒含量对动模量的共同影响中,粉粒含量起着举足起重的作用;侧限压力对归一化剪模比和阻尼比的影响均较显著,相比粘粒含量的影响不大。通过与Seed建议的砂土及饱和粘土的G/Gmax~γ曲线和λ~γ曲线进行对比,结果显示研究区的粉质土相比一般的砂土和饱和粘土而言,其动力变形特性更接近于砂土,但是与砂土也存在着非常明显的差异;其发展规律与其他地区沉积粉质土也较为不同,具有明显的区域性。采用修正了的Hard in-D rnevich模型和对数模型分别对G/Gmax~γ曲线和λ~γ曲线进行拟合,给出了三类粉质土的归一化动力变形G/Gmax~γ/γr关系曲线,对模型中有关参数的影响因素做了初步的探讨。     

黄泛区非饱和粉土压缩模量和有效应力参数的探讨

基于多孔介质中各组分对荷载的分担能力与其自身压缩特性相关联的思路,通过不同孔隙率土体的天然重度、含水率之间的公式转换,提出了由K_n到K_(S_rn)的转换系数法,进而可计算有效应力参数值。通过系列室内侧限压缩试验,研究了压缩模量的变化规律,并利用MATLAB三维拟合得出压缩模量的表达式,该表达式以土体的基本试验指标(天然重度γ、土粒密度ρ_s、含水率w)为自变量,更便于直观表现压缩模量的变化规律。在土体有效应力表达式的基础上,利用不同钻孔点、不同深度粉土层的基本试验数据,得到了黄泛区非饱和粉土有效应力参数χ的值。结果表明:与文献中黄土的χ值相比,当饱和度低于70%时,黄泛区粉土的χ值约为黄土的1.27倍~1.5倍;当饱和度高于85%时,黄泛区粉土与黄土的χ值趋于一致,此时非饱和土的有效应力表达式开始向饱和土的有效应力表达式的形式过渡。     

含水率与粗料含量对砾石土力学性能影响的试验研究

诸多隧道围岩由宽级配的砾石土组成,砾石土含水率和粗料含量变化时,其力学性能存在较大差异。本文选取集呼高速金盆湾隧道浅埋段具有代表性的砾石土样本进行了室内大型直剪试验,研究了砾石土的力学性能随含水率和粗料含量的变化规律。试验结果表明:当含水率在5.37%~19.19%之间变化时,粘聚力随粗料含量的变化呈相同的变化规律,随着粗料含量增加,粘聚力先迅速下降,后显著增高,在粗料含量为45%左右时取得最小值;当含水率为10%~15%之间的某值时,细料颗粒处于最优含水率状态,当含水率超过最优含水率时,粘聚力显著下降;内摩擦角随粗料含量增加逐渐增加,随含水率增加逐渐降低;结合隧道围岩砾石土的颗粒级配特征,当含水率大于10%时,粘聚力和内摩擦角显著降低,隧道围岩稳定性也随之降低。     

岩石对冲击波的非线性动态响应

对干燥、饱水、饱泵油大理岩和饱和砂岩进行了SHPB冲击压缩实验,得到了干燥岩石和饱和岩石的应力波衰减规律。在应力波传播过程中,其幅值有较大的衰减,干燥岩石的衰减最大,且孔隙度越大衰减越大,饱和岩石还存在较强的波弥散效应。在小于岩石屈服强度时,多次冲击加载下获得随冲击加载次数的增加,加载模量增大,残余应变减小的压实效应。这一结果可用于大型地震工程和防护工程的设计和建造。     

循环荷载作用下低掺量水泥土试样变形性状试验研究

在大量动三轴试验的基础上,深入研究了低掺量水泥土的动力特性。试验结果表明:动应变εd是影响土样动弹模量及阻尼比的最主要因素,随着动应变水平的提高,动弹模量Ed成倍减小而阻尼比λ成倍增大。随着掺灰量的增大,水泥土的动弹模量和阻尼比相应增大。动弹模量随围压σ3增减而增减,阻尼比λ随围压σ3的增加而减小。最大动弹模量Edmax与围压σ3呈指数递增关系;最大阻尼比λmax在7%～30%之间,与围压σ3呈指数递减关系,并建立了相应的经验公式。     

Heat,Water, and Solute Transfer in Unsaturated Porous Mdeia: II -- Compacted Soil Beneath Plastic Cover

Soil surface dynamics involve coupled transferof heat, water, and solute. An experimental andtheoretical study of heat, water, and solute transferin closed compacted soil columns under surfacetemperature wave amplitudes is presented. Thetemperature wave amplitudes ranged from 17.9 to 21.0°C. Potassium chloride solution was used tomoisten Clarinda clay and Fayette silty clay loamsoils. Initial water contents of 0.403 and 0.279 andinitial solute concentrations of 0.062 and 0.052 mol kg^-1were used in Clarinda and Fayette soils,respectively. The moistened soils were packed andcompacted in PVC columns (0.075 m diameter and 0.30 mhigh). Bulk densities of the compacted Clarinda andFayette soils were 1403 and 1585 kg m^-3,respectively. The columns were buried in soil suchthat column surfaces were exposed to natural as wellas artificial radiation and thermal conditions. Thecoupled nonsteady-state balance equations of mass andenergy were solved numerically to predict soiltemperature, water content, and solute concentrationdistributions. The theoretical model described soiltemperature, water content, and solute concentrationwell as compared with the measured values. TheFickian diffusive solute flux was one or two orders ofmagnitude greater than salt-sieving and thermal-diffusion solute fluxes.     

苏州阳澄湖地区淤泥质粘土工程地质特性探讨

苏州阳澄湖周围的沼积湖积平原存在一种性质较为特殊的淤泥质粘土,其亲水性粘土矿物含量和液塑限指标均较高,但在天然状态下虽具一定的胀缩性却未达到膨胀土的标准,可是经过扰动压实后,随着干密度的增大和含水量的减少却表现出较强的胀缩性,即转变为“人工膨胀土”[1]。本文通过苏州阳澄湖东北方向某一级公路附近3个取土场土样的试验分析,探讨了此地区这种淤泥质粘土的特殊性,为以后的工程施工提供了科学依据。     

基于邓肯-张的冻结粉质粘土本构模型试验研究

为研究冻结粉质粘土强度和变形特性,以沈阳地铁DK11+395联络通道处人工冻结粉质粘土为研究对象,通过冻土三轴剪切试验,研究了不同试验条件下冻结粉质粘土的强度和变形特性。试验结果表明：围压、温度和试件初始含水量是影响冻结粉质粘土强度和变形的主要因素。冻结粉质粘土偏应力-应变曲线呈应变硬化型,其破坏强度和切线弹性模量随围压和试件初始含水量的增加而增大,随温度的升高而减小,破坏偏应力比Rf取值在0.79~0.96之间。基于试验数据建立了以上述三因素为影响因子的冻结粉质粘土Duncan-Chang模型。通过回归分析,建立了模型参数a和b与围压、初始含水量和温度之间的线性回归公式。将依据模型计算的偏应力-应变曲线与对比试验曲线相比较,发现两者具有较好的吻合程度,说明建立的模型能够准确反映围压、初始含水量和温度等条件对冻结粉质粘土强度和变形的影响规律。上述研究成果为冻结粉质粘土强度和变形特性的研究提供了参考,为人工冻结法施工提供了指导,具有重要的理论意义和工程应用价值。     

Several contributions to soil compactibility induced by cyclic loading test

To investigate the soil compactibility during the cyclic loading, three different kinds of paddy field soils were prepared so as to clarify interrelationships among stress amplitude ratio, bulk density, soil water content and pore water pressure. The presetting values of specimen include the soil water content(percent dry basis) and bulk density of 25% d.b. and 1.1 Mg/m³ respectively. The relation between the number of cyclic loading and axial strain exhibited an asymptotically increasing trend, converging toward a specific value for each experimental condition. Possible effect caused by elastic–plastic characteristics could be recognized, when axial strain for 0.5 Hz excitation becomes greater than the one of 1.0 Hz under same stress amplitude ratio. When the stress amplitude ratio took 0.1, the absolute value of axial strain of 0.5 Hz was greater than the one of 1.0 Hz, whereas its decreasing trend was recognized in the sequence of silt, clay and silty sand. The qualitative relations between pore water pressure and number of cyclic loading were also examined to scrutinize the effect of effective water pressure to the soil compactibility.     

辽西风积土动力特性实验研究

通过一系列动态三轴实验,研究了原状饱和辽西风积土在不同固结压力条件下的动态强度、动态弹性模量和阻尼比。结果表明,辽西风积土的破坏动态强度随着固结围压和固结应力比的增大而增大,而动态剪切强度明显区别于静态剪强度;其动态弹模量随着固结应力比和固结围压的增加而增加,而阻尼比随着固结应力比和固结围压的增大而减小。同时,分别拟合得到最大动态弹模量和最大阻尼比与有效固结应力的关系式,并且对动态弹模量和阻尼比进行了归一化处理。     

Development and laboratory evaluation of a rheometer for soil visco-plastic parameters

A motorized rheometer was developed for determining soil visco-plastic parameters that works on the principle of torsional shear applied to a standard vane with controlled strain rate. Rheological measurements were carried at different soil moisture contents (10%, 13%, 17% and 20% dry basis (gravimetric)) and soil compaction levels (100, 150, 200, 300 and 400 kPa) to find their effects on soil viscosity and yield strength. The values of viscosity of the clay loam soil (29% clay, 24% silt and 47% sand) were found to spread in the range of 53–283 kPa s, and yield stress variation had a span of 4–28 kPa. Increase in soil compaction was accompanied by a sharp increase in soil viscosity, while moisture content affected soil viscosity negatively. Effect of both these parameters was statistically significant (95% confidence interval). Yield stress was positively related to soil compaction and the effect was statistically significant. However, it was negatively related to moisture content and the effect was not statistically significant for the levels of moisture content tested.     

辽西风积土动应力试验研究

通过对辽西地区风积土动三轴试验, 研究了动荷载作用下辽西风积土的动强度特性和抗液化特性.通过控制不同的动荷幅值、固结比和固结围压等试验条件, 获得了抗震设防烈度为7 度时, 辽西风积土的动应力值和抗液化剪应力比. 利用Excel 软件, 对试验数据进行回归处理, 得到了该土试样的动应力与固结比和固结围压两种因素的经验关系式. 试验和回归分析结果表明, 风积土的动应力与固结比和固结围压成正比. 试验研究了不同固结比条件下辽西地区风积土的液化强度特性, 获得了不同固结比条件下的抗液化剪应力比. 试验结果表明, 风积土的抗液化剪应力随着固结比的增加而增大. 上述试验结果对于辽西地区工程的抗震设计具有重要的指导意义和工程实用价值.     

浙东大运河非饱和粉质黏土抗剪强度特性的试验研究

浙东大运河绍兴段的土体整体上受河流相和海相沉积的影响,地质条件非常复杂．其中粉质黏土作为浅表层土体,受雨水影响较大,其状态经常处于饱和状态与非饱和状态之间．为了进一步探究绍兴段典型非饱和粉质黏土的稳定性差异,以及本构关系和强度指标的变化规律,通过全自动非饱和土应力路径三轴仪,对试验土样进行了三轴剪切试验．试验结果表明,初始干密度从1.4 g/cm3增加到1.6 g/cm3时,土体的抗剪强度、总黏聚力、有效内摩擦角和吸附内摩擦角均增大,应力-应变关系曲线由应变硬化型向应变软化型转变,并且基质吸力和净围压越大,区别越明显;基质吸力从0增加到300 kPa时,土体的抵抗变形能力提高,抗剪强度和总黏聚力增大,有效内摩擦角基本无明显变化,吸附内摩擦角逐渐减小．研究结果揭示了浙东大运河绍兴段非饱和粉质黏土的抗剪强度特性的变化规律,为该地域土质边坡、基坑等工程提供理论依据．