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武汉软黏土动力特性试验研究

建筑结构 2019年第S2期49卷 884-887页

作者：吕程伟吴立彭国东中建三局工程设计有限公司武汉430071

通过对武汉地区软黏土进行共振柱试验,研究了动剪切模量和阻尼比随剪应变和围压的变化规律。试验结果表明:动剪切模量随围压增大而增大,随剪应变增大而减小;阻尼比随围压增大而减小,随剪应变增大而增大。归一化动剪切模量比和阻尼比与... 详细信息

通过对武汉地区软黏土进行共振柱试验,研究了动剪切模量和阻尼比随剪应变和围压的变化规律。试验结果表明:动剪切模量随围压增大而增大,随剪应变增大而减小;阻尼比随围压增大而减小,随剪应变增大而增大。归一化动剪切模量比和阻尼比与应变曲线集中在较小的范围内。通过建立双曲线模型与袁晓铭值进行对比,并给出了最大剪切模量的推荐值,可为武汉地区建筑工程地震安全性评价及地震反应分析研究提供借鉴和参考。

关键词：软黏土动剪切模量阻尼比共振柱

木质素-水泥复合改良膨胀土物理力学特性试验研究

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木质素-水泥复合改良膨胀土物理力学特性试验研究

作者：张伟杰中原工学院

学位级别：硕士

针对膨胀土的改良问题,多采用水泥、石灰和粉煤灰等进行土体性质的改善,但这些改良剂对地下环境的影响较大。因此,寻求更加环保无污染的改良剂来代替或者减少对水泥和石灰的使用就显得非常重要。本文选取木质素和水泥作为改良剂,以南阳... 详细信息

针对膨胀土的改良问题,多采用水泥、石灰和粉煤灰等进行土体性质的改善,但这些改良剂对地下环境的影响较大。因此,寻求更加环保无污染的改良剂来代替或者减少对水泥和石灰的使用就显得非常重要。本文选取木质素和水泥作为改良剂,以南阳地区膨胀土为试验土样,并基于基本物理力学试验研究不同掺量、不同含水率、不同压实度和不同养护龄期下改良土的物理力学性质;通过共振柱试验研究不同掺量、不同含水率和不同围压下改良土的动剪切模量和阻尼比的变化规律。本文试验研究的主要结论如下:通过液塑限试验和击实试验,发现水泥和木质素均可以用来降低膨胀土的液塑限和塑性指数。当木质素掺量大于1%时,木质素对膨胀土液塑限和塑性指数的影响更大。经过4%水泥改良后的膨胀土,最优含水率升高,最大干密度下降。在4%水泥掺量下,最优含水率随木质素的加入逐渐降低,而最大干密度则相反。通过无侧限抗压强度试验和直剪试验,可知复合改良后膨胀土的强度随木质素的增加先增后减,在木质素为1%时,改良土强度达到最大。另外,无侧限抗压强度随养护龄期和压实度的增大而增大,且强度主要集中在养护龄期的前7d。在直剪强度指标中,粘聚力的增长幅度大于内摩擦角。通过共振柱试验,给出了木质素和水泥复合改良膨胀土动剪切模量和阻尼比在不同改良剂掺量、含水率和围压下的变化规律。其中,改良土的动剪切模量大于素土,而阻尼比小于素土。在同一围压下,改良土的动剪切模量和阻尼比均随着含水率的升高而降低;在同一含水率下,改良土的动剪切模量和阻尼比均随着固结围压的增大而增大。

关键词：木质素水泥复合改良膨胀土物理力学特性共振柱

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结构性土动剪切模量和阻尼比的试验研究

结构性土动剪切模量和阻尼比的试验研究

作者：赵云辉防灾科技学院

学位级别：硕士

土的动力特性是影响地面运动特性的主要因素之一。岩土的动模量和阻尼比是岩土动力学特性的首要参数,是目前场地地震反应分析、土工构筑物地震稳定性评价中必备的动力参数,目前土体动剪切模量和阻尼比的研究主要集中于对不同地区土体动... 详细信息

土的动力特性是影响地面运动特性的主要因素之一。岩土的动模量和阻尼比是岩土动力学特性的首要参数,是目前场地地震反应分析、土工构筑物地震稳定性评价中必备的动力参数,目前土体动剪切模量和阻尼比的研究主要集中于对不同地区土体动力特性的差异性的认识上,以及土体物理性质、静力学条件、加载方式和试验方法的不同对其的影响,而关于结构性对动剪切模量和阻尼比的影响的相关研究还较少,而这对于土体来说恰恰是及其重要的,因此开展相关试验研究是正确认识土体结构性对其动力学特性影响的有效途径。本文从土体的结构性入手,通过制备人工结构性砂土和粘土,开展了一系列共振柱试验,通过试验确定了动剪切模量和阻尼比,研究了结构性对两个参数的影响,分析了造成这种影响的原因,最后探讨初始孔隙比、固结压力、相对密实度和胶结程度等因素对最大动剪切模量、动剪切模量、动剪切模量比和阻尼比的影响规律,在此基础上给出考虑土体结构性动剪切模量比和阻尼比变化幅度的推荐值,本文的主要工作如下:1.结构性土的制备方法研究本研究采用向纯净砂和粘土中添加水泥和食糖来获得人工制备的结构性土试样,模拟土体的结构性和大孔隙特性,采用共振柱仪完成动剪切模量和阻尼比的试验,为使试验结果具有可对比性,本文还将结构性土与重塑土进行了对比。本试验所用土样全部是重塑样。2.人工制备结构性砂土动剪切模量、阻尼比试验研究采用逐级循环加载的共振柱试验开展结构性砂土动剪切模量、阻尼比试验研究,试验中通过改变水泥掺量、固结围压、相对密实度等条件,绘制不同影响因素下的G/G-γ、λ-γ曲线,考察结构性砂土动剪切模量比与剪应变、阻尼比与剪应变非线性关系的变化规律。3.人工制备结构性粘土动剪切模量、阻尼比试验研究采用逐级循环加载的共振柱试验开展结构性粘土动剪切模量、阻尼比试验研究,试验中通过改变固结围压、孔隙比等条件,绘制不同影响因素下的G/G-γ、λ-γ曲线,考察结构性粘土动剪切模量比与剪应变、阻尼比与剪应变非线性关系的变化规律。4.结构性土最大动剪切模量、动剪切模量、阻尼比的影响因素研究土的动剪切模量和阻尼比的影响因素较多,研究比较广泛的有围压、孔隙比、荷载循环次数等。本文构建不同围压、不同相对密实度、不同孔隙比、不同水泥掺量下的多种试验工况下的影响因素,研究结构性土的动力特性,探讨不同条件下结构性土的动剪切模量和阻尼比的影响规律。5.考虑土体结构性G、G/G、λ变化幅度的推荐值以结构性土最大动剪切模量、动剪切模量比、阻尼比与剪应变非线性关系为基础,并参考国内外已有的相关研究成果,给出有依据的能反映考虑土体结构性最大动剪切模量、动剪切模量比和阻尼比变化幅度的推荐值,为室内土动力特性试验提供参考,解决工程上的当务之急,供实际工程借鉴和参考。

关键词：结构性土动剪切模量阻尼比共振柱

非均等固结应力下砂土小应变动力特性试验研究

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非均等固结应力下砂土小应变动力特性试验研究

作者：施佳豪温州大学

学位级别：硕士

土体小应变动力特性是岩土工程问题设计的关键参数,众多科研工作者对此进行了较为广泛的研究,并且取得了较多有价值的研究成果,但是由于仪器的局限性,很难模拟实际工程中土体处于非均等应力状态。本文总结了以往学者的研究成果,利用共振... 详细信息

土体小应变动力特性是岩土工程问题设计的关键参数,众多科研工作者对此进行了较为广泛的研究,并且取得了较多有价值的研究成果,但是由于仪器的局限性,很难模拟实际工程中土体处于非均等应力状态。本文总结了以往学者的研究成果,利用共振柱,动静真三轴和弯曲-伸缩元系统,从两向非均等以及三向非均等固结方面,研究固结应力比kc和三向主应力对砂小应变动力特性的影响,以及三向主应力对循环荷载作用下饱和砂土动力特性的影响。具体研究内容如下:(1)对传统Stokoe共振柱进行改进,将悬挂砝码的铁丝通过试样连接共振柱试样顶帽中心实现试样两向非均等固结。通过改进后共振柱对干砂进行不同固结应力比下小应变剪切模量的测试。研究发现,固结应力比kc越大,G0越大,特别是在低围压低密实度下更加明显;kc对G0的衰减曲线影响不大;建立了kc>1条件下G0的经验公式。(2)通过真三轴联合弯曲元系统对三向非均等固结应力下砂土S波以及P波进行了联合测试。研究发现,单独改变中主应力对G0和M0的影响很小;单独增加大主应力或者小主应力,对G0和M0都有所提高,相同条件下,大主应力对M0的影响程度更大,而小主应力对G0的影响程度更大;在恒p恒b固结条件下,b增大,砂土 G0与M0呈现非线性衰减;平均主应力p增加,可以有效提高G0与M0;广义剪应力q增加会使G0降低,M0增加。(3)通过真三轴联合弯曲元系统对不同三向非均等固结条件下饱和砂土进行了循环荷载试验。研究结果表明:固结阶段大、小主应力不变时b增加,可以限制循环荷载后累积应变发展,提高回弹模量。当b=0.5时,相同循环次数后G0最大;恒p恒b固结应力状态下,当b=0.25时,相同循环次数后累积应变达到最大值,软化指数和回弹模量最小。相同循环次数后G0随着固结阶段b值的增加而减少。

关键词：共振柱真三轴弯曲-伸缩元循环荷载小应变剪切模量主应力

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舟山海相砂土动力特性试验研究

舟山海相砂土动力特性试验研究

作者：刘校麟浙江海洋大学

学位级别：硕士

我国舟山群岛海域分布着大量海相砂土,海相砂土地基已经用于海洋工程建设、岛屿开发建设等重大工程。合理的地基基础设计是海相砂土地基安全、高效使用的关键。因此选取合理而精确的海相砂土动力学参数是必不可少的,是海洋工程安全建设... 详细信息

我国舟山群岛海域分布着大量海相砂土,海相砂土地基已经用于海洋工程建设、岛屿开发建设等重大工程。合理的地基基础设计是海相砂土地基安全、高效使用的关键。因此选取合理而精确的海相砂土动力学参数是必不可少的,是海洋工程安全建设的保证。针对舟山海域的海相砂土开展动荷载作用下的动力学参数特性研究,是海洋工程地基基础设计中的关键所在。本文选取舟山海域的海相砂土作为试验对象,通过Wille共振柱对其开展一系列不同边界条件下的动力学参数试验研究,主要研究工作如下所示:1.针对相同饱和度下的海相砂土试样开展不同有效围压下的动剪切模量和阻尼比的测试试验。探究不同有效围压和剪应变对试样动剪切模量和阻尼比的影响程度,揭示试样动剪切模量和阻尼比与有效围压之间的变化关系。2.针对相同有效围压下的海相砂土试样开展不同饱和度下的最大动剪切模量测试试验。探究不同饱和度对试样的最大动剪切模量的影响程度,得到了对应试样最大动剪切模量的最佳饱和度。并且利用南京水科院等和Hardin等提出的两种理论模型,分析不同有效围压和孔隙比对试样最大动剪切模量的影响程度,揭示试样最大动剪切模量与有效围压和孔隙比之间的变化关系。3.利用马丁-达维登科夫等提出的三参数经验模型Martin-Davidenkov模型对本文的归一化动剪切模量与剪应变的试验数据进行拟合分析,得到归一化动剪切模量随着剪应变的变化关系,并且同时给出不同边界条件下的归一化动剪切模量的理论预测方程。利用陈国兴等提出的阻尼比经验模型对本文的阻尼比与归一化动剪切模量的试验数据进行拟合分析,得到阻尼比随着归一化动剪切模量的变化关系,并且同时给出不同边界条件下的阻尼比的理论预测方程。4.利用Sherif等针对干燥砂样得到的动力学参数试验数据、Iwasaki等针对日本丰浦砂得到的动力学参数试验数据、Hardin等针对饱和砂土得到的动力学参数试验数据和Rollins等针对饱和砂质土得到的动力学参数试验数据与本文所得的舟山海相砂土的动力学参数试验数据进行对比分析,验证了试验数据的合理性和可靠性。5.利用初始Hardin理论模型对本文归一化动剪切模量与剪应变的试验数据进行不同边界条件下的拟合分析。并在此初始Hardin理论模型的不足之处上,提出一个新的三参数修正Hardin理论模型,利用新的修正Hardin理论模型对本文试验数据进行重新拟合分析,揭示修正Hardin理论模型比初始Hardin理论模型针对舟山海相砂土的动力学参数分析更加精确和合理。同时给出修正Hardin理论模型在不同边界条件下的具体预测方程,为后期的海洋工程建设和科学研究提供了一定的参考价值。

关键词：海相砂土共振柱动剪切模量阻尼比饱和度有效围压孔隙比动力参数预测模型

动荷载作用下无粘性颗粒材料力学性能演化理论与试验研究

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动荷载作用下无粘性颗粒材料力学性能演化理论与试验研究

作者：齐博文华东交通大学

学位级别：硕士

随着建筑与交通行业的不断发展,我国城市建设的规模越来越大。由于砂土在我国的分布十分广泛,越来越多的建筑物和轨道交通建设在了砂土地基之上。近年来,地震活动导致的砂土大面积液化造成了巨大的经济损失,因此,以砂土为代表的颗粒材... 详细信息

随着建筑与交通行业的不断发展,我国城市建设的规模越来越大。由于砂土在我国的分布十分广泛,越来越多的建筑物和轨道交通建设在了砂土地基之上。近年来,地震活动导致的砂土大面积液化造成了巨大的经济损失,因此,以砂土为代表的颗粒材料的动力学特性成为了时下岩土工程研究的热点。砂土作为一种典型的颗粒材料,力学特征十分复杂,在不同的受力情况下表现出的力学性能有很大差异,在不同的变形尺度上可表现为小应变、塑性变形以及液化大变形。当下对颗粒材料力学性能的研究,一般采用常规的室内试验,以试验现象为基础探讨其力学特性,但试验现象无法揭示颗粒材料力学行为发生的微观机理,以此为基础进行的试验研究具有极大的不确定性。本文首先总结分析了国内外关于颗粒材料动力特性的研究进展,得出现有研究的不足,基于此,从微观角度出发,针对颗粒材料力学特性发生的微观机理结合试验与数值模拟分析开展了如下研究:（1）从颗粒接触的微观角度出发,将颗粒-颗粒因接触产生的能量单元看作一个能量状态。通过理论分析,确定颗粒材料中能量状态的分布符合Maxwell统计分布模型。在此基础上,定义了颗粒接触的失效条件,得到了外界动荷载作用下颗粒材料的软化模型,基于此,通过引入蠕变模型,获得了循环动载作用下材料的流化变形本构。（2）引入状态参数,基于系统在自然条件下总是会趋于稳定这一热力学依据,忽略客观因素的影响,对系统在理想条件下模量的演化状态进行了定性分析,得出了颗粒材料模量在衰减和恢复过程随时间演化的模型。（3）基于（1）（2）提出的理论模型,使用共振柱与GDS空心扭剪仪（SS-HCA）完成大量室内试验,获取了颗粒材料动力响应下模量的软化、不同受力状态下模量的演化、动荷载作用下的流化变形等重要室内试验结果。拟合获取了重要参数α,β,η,a,r,D,深入探讨了各个参数的变化规律及各参数之间存在的联系,将理论模型预测结果与试验结果进行了对比分析、讨论和总结。（4）结合PFC3D离散元软件,对颗粒材料在试验中的受力情况进行模拟,导出了颗粒材料微观接触的分布与在动荷载作用下的流化变形情况,将颗粒接触状态以及在外加荷载作用下材料的变形情况与室内试验结果进行了模拟验证。

关键词：颗粒材料动力响应理论模型共振柱 GDS PFC3D 数值模拟

钱塘江沿岸粉土的动力特性响应与微观试验研究

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钱塘江沿岸粉土的动力特性响应与微观试验研究

作者：孙银锁安徽理工大学

学位级别：硕士

本文以钱塘江沿岸粉土为研究对象,考虑基坑开挖降水和路面与地下运营地铁动力荷载的双重作用,重点分析钱塘江沿岸粉土的动力特性与微观孔隙结构。基于前人的研究基础,本文首先详细地介绍了电磁共振柱和核磁共振分析仪的工作原理;其次,基... 详细信息

本文以钱塘江沿岸粉土为研究对象,考虑基坑开挖降水和路面与地下运营地铁动力荷载的双重作用,重点分析钱塘江沿岸粉土的动力特性与微观孔隙结构。基于前人的研究基础,本文首先详细地介绍了电磁共振柱和核磁共振分析仪的工作原理;其次,基于GDS-RCA共振柱研究了钱塘江沿岸粉土的剪切模量和阻尼比随围压、孔隙比和含水率的变化规律;最后,采用核磁共振技术,从微观孔隙结构的角度揭示了不同物性参数下钱塘江沿岸粉土的刚度变化机理。具体研究内容如下:（1）对电磁共振柱和核磁共振分析仪的组成结构、基本原理、制样方法、测试步骤和测试精度进行了详细的介绍,提供了一套适用于散粒性土体微观孔隙测试的试验装置。（2）针对钱塘江沿岸粉土开展了剪切模量试验研究,分析围压、孔隙比和含水率对土体刚度的变化规律。基于Hardin公式,考虑基坑工程土体受降水影响下含水率对土体刚度的影响,提出了计算钱塘江沿岸粉土动剪切模量的新经验公式。（3）针对钱塘江沿岸粉土开展了阻尼比试验研究,模拟交通动力荷载作用下土体刚度的变化规律,对不同物性参数下钱塘江粉土的动剪切模量比和阻尼比随动剪应变的变化规律展开了详细地研究。基于理想Hardin-Drnevich模型,考虑钱塘江沿岸粉土归一化动剪切模量比和阻尼比与动剪应变的关系,进一步地修正了 G/G0-γ和D-γ的新模型经验公式。（4）针对核磁共振试验确定了不同物性参数下土体的T2截止值,定量地描述了孔隙水的含量与分布,从微观角度揭示了土体刚度的变化机理;采用核磁共振标定曲线验证了测试结果的精确性,扩展了核磁共振技术在岩土工程领域的广泛应用。图[34]表[11]参[105]

关键词：钱塘江沿岸粉土共振柱核磁共振动力特性微观试验

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舟山渔场原位海洋土静动力特性研究

舟山渔场原位海洋土静动力特性研究

作者：李登超浙江海洋学院

学位级别：硕士

动剪切模量和阻尼比是岩土工程动力响应分析中的2个重要参数,同时也是结构动力设计与安全评价的重要依据;海洋工程结构普遍经受复杂动力荷载作用,其工作状态受动剪切模量及阻尼比控制;受复杂海况影响,海洋原位取土技术难度大、成本高,... 详细信息

动剪切模量和阻尼比是岩土工程动力响应分析中的2个重要参数,同时也是结构动力设计与安全评价的重要依据;海洋工程结构普遍经受复杂动力荷载作用,其工作状态受动剪切模量及阻尼比控制;受复杂海况影响,海洋原位取土技术难度大、成本高,数据信息少。故此本文利用GDS共振柱及动力三轴仪,就舟山蚂蚁岛原位海洋土的静、动力物理力学性质进行试验测试,所得主要研究成果如下:通过系统化物理性能测试获取了原位海洋土的基本物理性质指标;利用固结试验研究了蚂蚁岛原位海洋土一维固结条件下的压缩指标、固结系数以及次固结系数,并在Terzaghi一维固结微分方程基础上,推导出了原位海洋土主固结沉降与沉降速率的数学关系;利用铝质标定杆就GDS共振柱驱动系统转动惯量做标定试验,进而借助该试验系统对舟山蚂蚁岛原位海洋土作小应变条件下的动力性能测试,研究了围压对原位海洋土动剪切模量和阻尼比的影响机理以及最大动剪切模量与动剪应变的关系;研究了小应变条件下蚂蚁岛原位海洋土的动本构关系,并对本构模型的参数敏感性进行对比分析,在参数试验值、规范值和推荐值比照研究基础上,建立了小应变条件下原位海洋土的归一化动本构模型;对循环荷载作用下,舟山岱山岛原位海洋土动应变、动强度的变化过程进行研究,给出了不同振次下,舟山岱山岛原位海洋土动力抗剪强度指标的变化范围,以上研究成果是区域内海洋地盘工程实践的重要理论支持。

关键词：舟山原位海洋土固结试验共振柱动三轴动剪切模量阻尼比

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酸雨侵蚀花岗岩残积土静动力学特性研究

酸雨侵蚀花岗岩残积土静动力学特性研究

作者：姜华均华中科技大学

学位级别：硕士

风化花岗岩残积土广泛分布于我国东南沿海地区,多数为表层出露,具有特殊的结构性质和力学性质。随着我国东南地区经济增长与辐射,交通运输网络不断扩张,对工程建筑的安全性和稳定性提出了更高的要求。同时,东南地区经济工业快速发展也... 详细信息

风化花岗岩残积土广泛分布于我国东南沿海地区,多数为表层出露,具有特殊的结构性质和力学性质。随着我国东南地区经济增长与辐射,交通运输网络不断扩张,对工程建筑的安全性和稳定性提出了更高的要求。同时,东南地区经济工业快速发展也带来了以酸雨为主要形式的环境污染,对建筑结构与土体造成长期的影响。本文选取广东肇庆地区工程用土,拟对酸雨长期影响下的花岗岩残积土进行一系列基本物理试验、三轴固结排水剪切和共振柱试验,对东南地区花岗岩残积土的力学性质与酸雨的pH值和影响时间的相关性进行研究,并用多种黏性土模型进行力学参数分析,为相关工程实践提供借鉴。采集的工程用土按一定酸液pH值及时间酸化处理制备成试样,测定其界限含水率;考虑花岗岩残积土的强度变化,无侧限抗压强度试验结果反映最优含水率下,酸雨侵蚀对花岗岩残积土造成较大的强度损失。三轴固结排水剪切试验针对不同酸雨pH、侵蚀时长影响的花岗岩残积土试样。试验结果表明,黏聚力损失最大达到原标准重塑样的42.69%,而内摩擦角损失最大达到19.12%;不同类型试样的q和E随围压增长的变化曲线,其增长幅度和速度呈现一定的差异;基于Duncan-Chang E-B弹塑性模型对试验结果进行参数分析,并根据参数反演应力应变曲线,与原试验应力应变曲线有良好的相关性。小应变共振柱试验结果表明,受酸雨侵蚀影响的花岗岩残积土的骨架曲线和滞回曲线仍具有黏性土特征,剪应变和动剪切模量之间的关系均遵循剪切模量随剪应变的增加而减小的规律;动剪切模量比G/G和阻尼比D曲线呈现双对数曲线特点,符合黏性土动剪切模量衰减趋势;基于Hardin-Drnevich经验公式拟合G、G/G、D和D,拟合度达90%以上可以认为模型很好的反映残积土随酸雨pH、时间因素变化产生的动强度变化;Martin-Davidenkov模型及选用的经验关系能够更好地拟合G、G/G随γ的变化趋势,其拟合规律可以作为工程参考。

关键词：花岗岩残积土酸雨侵蚀三轴试验共振柱黏弹性 Davidenkov模型