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主应力轴旋转条件下冻结黏土的动强度特性

冰川冻土 2022年第2期44卷 448-457页

作者：张斌龙王大雁马巍雷乐乐周志伟中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 东华理工大学土木与建筑工程学院江西南昌330013

研究冻土动强度对寒区工程和人工冻结工程施工及安全性评价具有重要意义。为了揭示主应力轴旋转对冻结黏土动强度特性的影响,利用空心扭剪仪开展不同围压下冻结黏土动三轴和空心扭剪试验,探讨了主应力轴旋转对冻结黏土动强度、动黏聚力... 详细信息

研究冻土动强度对寒区工程和人工冻结工程施工及安全性评价具有重要意义。为了揭示主应力轴旋转对冻结黏土动强度特性的影响,利用空心扭剪仪开展不同围压下冻结黏土动三轴和空心扭剪试验,探讨了主应力轴旋转对冻结黏土动强度、动黏聚力和动内摩擦角变化规律的影响。结果表明:主应力轴旋转导致冻结黏土试样的动强度降低,围压越低主应力轴旋转对动强度影响效果就越明显;随着震动次数的增多,主应力轴旋转条件下冻结黏土动黏聚力衰减速度相对于主应力方向固定时加快;不同于主应力轴方向固定条件下动内摩擦角随震动次数增多而衰减的特点,在主应力轴旋转条件下动内摩擦角随震动次数增多而增大。另外,研究显示主应力轴旋转条件下动强度、动黏聚力和动内摩擦角均与震动次数的对数呈良好的线性关系,用线性方程对其进行了拟合,并给出拟合系数和确定系数。

关键词：冻结黏土主应力轴旋转动强度动黏聚力动内摩擦角

主应力轴旋转条件下饱和软黏土的动力特性试验研究

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主应力轴旋转条件下饱和软黏土的动力特性试验研究

作者：杨晓楠天津大学

学位级别：硕士

交通荷载是一种具有累积作用时间长、作用次数多等特点的动态荷载。工程设计中,通常将其对地基土的作用简化为水平和竖直两个方向的作用力,对于交通荷载所引发地基土主应力轴连续循环旋转考虑较少,从而会低估地基土的变形,甚至发生工程... 详细信息

交通荷载是一种具有累积作用时间长、作用次数多等特点的动态荷载。工程设计中,通常将其对地基土的作用简化为水平和竖直两个方向的作用力,对于交通荷载所引发地基土主应力轴连续循环旋转考虑较少,从而会低估地基土的变形,甚至发生工程事故。因此,探究主应力轴连续循环旋转条件下饱和软黏土的动力特性,对于软黏土地区交通基础设施安全建设和预防工程灾变具有重要意义。本文以天津地区饱和软黏土为研究对象,通过循环三轴和循环扭剪试验,系统开展了交通荷载引起主应力轴方向和大小耦合变化下软黏土的动力特性研究,分析了不同中主应力系数和偏应力水平对软黏土非共轴特性的影响,探究了不同循环应力比、剪应力比和加载频率下饱和软黏土的软化及变形特性,基于此建立了考虑不同因素的累积塑性应变模型,并验证了该模型的适用性。具体的研究主要内容和主要成果如下:(1)开展了不同中主应力系数和偏应力水平下的循环三轴和循环扭剪试验,研究主应力、应变分量随大主应力方向旋转角度的发展规律,分析主应变增量方向及非共轴角的变化情况。试验结果表明,主应力随旋转的角度呈周期性变化;考虑主应力轴旋转效应时各应变分量值明显较大;主应力轴旋转过程中饱和软黏土存在较明显的非共轴特性,且非共轴角度随旋转角度的增加呈波动变化,循环周期约为90°;旋转角度相同时,中主应力系数越大,非共轴角越小。偏应力值会影响非共轴角的大小,但不会影响非共轴特性的波动规律。(2)开展了不同循环应力比、剪应力比和加载频率下的循环三轴和循环扭剪试验,研究不同因素对应力-应变滞回曲线、弹性模量和软化指数的影响,并建立软化指数预测模型。试验结果表明,主应力轴旋转效应的存在会加大软化程度,随着循环应力比和剪应力比的增加,轴向弹性模量降低,软化指数增大,随加载频率的增大,变化规律则相反。按照传统三轴应力路径加载时,轴向弹性模量随振动次数的增加而衰减的程度不明显,经过5000次的循环旋转后,软化指数为0.92,加载路径为心形应力路径时,软化指数降低到0.45。(3)利用改进的经验模型对不同应力路径下的累积塑性应变进行分析,探究循环应力比、剪应力比和加载频率对饱和软黏土变形特性的影响。结果表明,主应力轴循环旋转会加速轴向塑性应变的累积,且随循环应力比和剪应力比的增大而增大,随加载频率的增大而减小。针对0.5Hz-4.0Hz频率范围内的天津软黏土,在Monismith幂函数模型的基础上,建立了考虑循环应力比、剪应力比和加载频率三个影响因素的累积塑性应变预测模型,并结合已有测试数据,验证了该预测模型的适用性。

关键词：软黏土主应力轴旋转非共轴特性软化指数累积塑性应变

主应力轴旋转下K_0固结饱和粉质黏土孔压及变形特性试验研究

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岩土力学 2018年第8期39卷 2787-2794,2804页

作者：刘家顺张向东孙嘉宝杨建军方天健辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000

主应力旋转将加速孔压和塑性应变的累积,影响土体的力学特性。为研究主应力轴循环旋转对K_0固结饱和粉质黏土孔压和变形的影响,利用GDS-HCA试验系统开展了不同应力路径的K_0固结饱和粉质黏土不排水循环三轴试验和循环扭剪试验,研究了主... 详细信息

主应力旋转将加速孔压和塑性应变的累积,影响土体的力学特性。为研究主应力轴循环旋转对K_0固结饱和粉质黏土孔压和变形的影响,利用GDS-HCA试验系统开展了不同应力路径的K_0固结饱和粉质黏土不排水循环三轴试验和循环扭剪试验,研究了主应力轴循环旋转对K_0固结饱和粉质黏土累积塑性应变、孔压等动力特性的影响。结果表明:动剪应力幅值、心形应力路径所包围的面积、循环偏应力幅值等均随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。试样未发生破坏时,K_0固结饱和粉质黏土的孔压比随着振动荷载作用次数的增加而增大;当试样发生破坏时,孔隙压力迅速消散,孔压比急剧下降。循环扭剪试验时试件产生的轴向累积塑性应变始终大于循环三轴试验产生的累积塑性应变,说明主应力轴循环旋转会加速试件轴向应变的累积。试件的累积塑性应变随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。循环动应力比越大时,主应力轴旋转造成的轴向累积塑性应变差异越显著。在Monismith幂次函数模型的基础上,建立了主应力轴循环旋转条件时K_0固结饱和粉质黏土累积塑性应变方程,并对模型的可靠性进行了分析和验证。

关键词：主应力轴旋转 K0固结饱和粉质黏土循环扭剪试验孔压比轴向累积塑性应变

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主应力轴旋转下原状软黏土的变形及强度特性

长安大学学报（自然科学版） 2014年第4期34卷 20-24,69页

作者：柳艳华谢永利长安大学公路学院陕西西安710064

为研究主应力轴旋转情况下饱和软黏土的变形及强度特征,采用先进的空心圆柱扭剪仪(HCA)对软黏土进行了一系列不排水剪切试验。试验采用等压固结模式对软黏土空心薄壁试样进行固结,并在3种不同中主应力系数情况下,对试样进行不同主应力... 详细信息

为研究主应力轴旋转情况下饱和软黏土的变形及强度特征,采用先进的空心圆柱扭剪仪(HCA)对软黏土进行了一系列不排水剪切试验。试验采用等压固结模式对软黏土空心薄壁试样进行固结,并在3种不同中主应力系数情况下,对试样进行不同主应力轴旋转角度下的不排水剪切试验;剪切过程中保持平均应力、中主应力系数及主应力轴旋转角度不变,只增加偏应力,研究不同中主应力系数情况下主应力轴旋转角度对软黏土应力应变特征以及强度特性的影响。研究结果表明:不同主应力轴旋转角度下天然软黏土的变形及强度特征存在明显的差异,在中主应力系数b=0.5的非轴对称加载情况下,不排水剪切强度随着主应力轴旋转角度的增大呈勺形变化;在b=0的轴对称压缩条件及b=1的轴对称拉伸条件下,随主应力轴旋转角度的增加,不排水剪切强度均呈递减趋势。

关键词：道路工程软黏土主应力轴旋转试验研究空心圆柱扭剪切

主应力轴旋转对地铁荷载作用下软黏土累积变形的影响

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岩土力学 2013年第10期34卷 2938-2944,3027页

作者：肖军华许世芹韦凯洪英维南京工业大学交通学院南京210009 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031 江西省交通设计院有限责任公司南昌330002

为了定量评价主应力轴旋转对地铁荷载作用下隧道下卧软黏土累积变形的影响，通过有限元方法并结合实测数据的验证对地铁荷载下地基土的应力路径进行分析；在此基础上，借助空心圆柱仪对这一复杂应力路径进行室内模拟和对比试验研究。结... 详细信息

为了定量评价主应力轴旋转对地铁荷载作用下隧道下卧软黏土累积变形的影响，通过有限元方法并结合实测数据的验证对地铁荷载下地基土的应力路径进行分析；在此基础上，借助空心圆柱仪对这一复杂应力路径进行室内模拟和对比试验研究。结果表明：主应力轴旋转增大了软黏土的累积变形，且最大有效主应力比（有效最大主应力与有效最小主应力之比）越大、或加载频率越高增大更明显。在实际地铁荷载和通常隧道埋深条件下，考虑主应力轴旋转使软黏土的累积变形增加9%～23%（加载频率越高，增加越大）。可用常规循环三轴的累积变形试验结果乘以土体分别在有、无主应力轴旋转下变形的比值，来预估实际地铁荷载下软黏土的累积变形，初步研究得到该比值与土体的最大有效主应力比之间存在幂函数关系。

关键词：地铁动荷载主应力轴旋转软黏土累积变形

主应力轴旋转下(b=0.5)原状软黏土孔压特性

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岩石力学与工程学报 2010年第12期29卷 2558-2565页

作者：温晓贵郑鸿镔周建张勋浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

采用浙江大学空心圆柱扭剪仪(ZJU-HCA),对杭州原状软黏土进行固结不排水主应力轴旋转试验,探讨剪应力变化、初始剪应力水平高低及主应力轴正向和逆向旋转对黏土孔隙水压力(简称孔压)发展的影响。试验中保持平均主应力不变,中主应力系数b... 详细信息

采用浙江大学空心圆柱扭剪仪(ZJU-HCA),对杭州原状软黏土进行固结不排水主应力轴旋转试验,探讨剪应力变化、初始剪应力水平高低及主应力轴正向和逆向旋转对黏土孔隙水压力(简称孔压)发展的影响。试验中保持平均主应力不变,中主应力系数b=0.5。试验结果表明:定向剪切产生的孔压主要受剪应力控制;用双重屈服面理论得到孔压系数,结合孔压线性拟合结果发现,若初始剪应力低于峰值剪应力,体积屈服面函数不受主应力轴旋转影响;若初始剪应力接近峰值剪应力,主应力轴开始旋转时的孔压上升速率相对较高,但后期孔压反而会下降;纯主应力轴旋转过程中的孔压上升速率主要受初始剪应力大小控制。主应力轴正向旋转较逆向旋转产生的孔压小;主应力轴逆向旋转相对正向旋转对整个剪切过程的孔压发展有较大影响。

关键词：土力学主应力轴旋转中主应力系数剪应力孔隙水压力软黏土

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主应力轴旋转分析及WB模型的应用

岩石力学与工程学报 2018年第A2期37卷 4308-4319页

作者：万征康富中赵晓光郭金雪中国建筑科学研究院地基基础研究所

岩土材料在主应力轴旋转作用下会产生无法忽视的塑性体变以及不可逆剪应变,为探讨主应力轴旋转作用产生变形的根源,对主应力轴旋转过程进行分解,主应力轴在物理空间中转动步骤可分解为绕任意三个XYZ轴的自旋转相叠加的过程,分析单元体... 详细信息

岩土材料在主应力轴旋转作用下会产生无法忽视的塑性体变以及不可逆剪应变,为探讨主应力轴旋转作用产生变形的根源,对主应力轴旋转过程进行分解,主应力轴在物理空间中转动步骤可分解为绕任意三个XYZ轴的自旋转相叠加的过程,分析单元体在物理空间中围绕单轴旋转过程,建立物理空间中主应力轴旋转角与莫尔圆中剪正应力比反正切值的关系。利用所提的考虑主应力轴旋转的增量模型,对于纯主应力轴旋转在循环加载以及正反旋转加载作用下的变形以及三轴压缩进行模拟,模拟结果表明,所提模型可有效的用于模拟主应力轴旋转作用下岩土材料的变形预测。

关键词：土力学主应力轴旋转塑性体变莫尔圆循环加载三轴压缩

考虑主应力轴旋转的交通荷载下黏土变形特性试验研究

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公路交通科技 2023年第2期40卷 36-43页

作者：樊金甲杭州交通投资建设管理集团有限公司浙江杭州310013

软黏土广泛分布于东南沿海地区,工程性质极差。为探讨考虑主应力轴连续旋转的复杂交通荷载应力路径作用下饱和软黏土的变形特征,对温州地区饱和原状软黏土进行了一系列不同加载条件下的动态空心圆柱扭剪试验。研究了动应力幅值和主应力... 详细信息

软黏土广泛分布于东南沿海地区,工程性质极差。为探讨考虑主应力轴连续旋转的复杂交通荷载应力路径作用下饱和软黏土的变形特征,对温州地区饱和原状软黏土进行了一系列不同加载条件下的动态空心圆柱扭剪试验。研究了动应力幅值和主应力轴旋转程度对饱和软黏土轴向应变、滞回曲线等力学特性的影响。利用此结果和应力应变滞回曲线,再结合前人给出的动骨干曲线模型,提出了考虑主应力轴连续旋转的交通荷载下的修正Hardin-Drnevich(H-D)动骨干曲线模型。结果表明:在交通荷载作用下,饱和软黏土轴向应变和回弹应变随着竖向循环应力比(CSR)和扭转动应力比的增大而呈现增长趋势,土体存在刚度软化现象;对比考虑主应力轴连续旋转和不考虑主应力轴连续旋转的交通荷载,发现前者会加剧试样变形,甚至导致试样提前破坏;试样在前期阶段轴向应变与回弹应变逐渐增大,在第1000次循环下轴向应变与回弹应变基本达到稳定值;该模型所得的预测值与试验值较吻合,与传统的H-D骨干曲线模型相比,该模型能很好体现土体在考虑主应力轴旋转的复杂交通荷载应力路径作用下的变形特征,更符合实际,弥补了骨干曲线在交通荷载研究领域的空白。

关键词：道路工程骨干曲线动空心圆柱扭剪仪软黏土交通荷载主应力轴旋转

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主应力轴旋转对土体性状影响的试验进展研究

岩石力学与工程学报 2006年第7期25卷 1408-1416页

作者：沈扬周建龚晓南浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310027

对目前国内外主应力轴旋转条件(包括单向旋转和循环旋转)下土体性状研究的室内试验进行系统的分析与总结,得到以下结论:土体在不排水主应力轴旋转条件下产生孔压积累,这在主应力轴循环旋转中特别显著,且通常大于等剪应力幅度的动三轴或... 详细信息

对目前国内外主应力轴旋转条件(包括单向旋转和循环旋转)下土体性状研究的室内试验进行系统的分析与总结,得到以下结论:土体在不排水主应力轴旋转条件下产生孔压积累,这在主应力轴循环旋转中特别显著,且通常大于等剪应力幅度的动三轴或扭剪试验产生的孔压,并可建立与某种应变增量的函数关系,此外孔压开展的速率与程度受到土体原生各向异性的影响,但当试样所受剪应力水平较低时,上述影响的程度减弱。而在主应力轴循环旋转过程中,孔压还与主应力轴的转幅或循环次数等因素有关;主应力轴循环旋转并没有导致有效内摩擦角的显著变化。相当一部分试验结果表明,不论主应力轴旋转时的排水条件如何,只要采用归一化的强度标准,土体后续的抗剪强度并不受主应力轴旋转的影响,但也有一些试验表明,排水条件下主应力轴旋转引起原生各向异性轴的同步旋转,导致同一方向旋转前后的定向抗剪强度不尽相同;土体在主应力轴旋转条件下的主应变增量方向往往介于主应力增量和主应力方向之间,而旋转过程对土体后续加载路径中的应力–应变关系是否产生影响主要依赖于主应力轴旋转过程中产生的应变积累水平。此外,还建议可从孔压、强度、应力–应变关系3个角度出发,进行高剪应力水平、高频率主应力轴旋转试验,并深入研究各个应力因素对主应力轴旋转下土性的影响。

关键词：土力学主应力轴旋转试验进展研究土体孔压强度应力-应变关系