摘要:

在软土地基上兴建大型建筑工程,软黏土在长期静荷载作用下土体结构的演变破坏是工程结构设计和地基稳定性分析必须考虑的问题.本文以温州软黏土为试验材料,利用动三轴联合弯曲元系统对饱和软黏土在静力剪切状态下小应变剪切模量的变化进行了研究.对比分析了弯曲元测得的数据与共振柱数据间的异同、软黏土试样的抗剪切强度、应力-应变关系及有效应力路径的变化等.结果表明,小应变剪切模量与有效应力存在一定关系,当有效应力降低到一定程度后小应变剪切模量会出现突降,且有一个明显的拐点,此时土体结构完全破坏,说明小应变剪切模量可以用来表征土体结构变化,该拐点可作为判断土体结构破坏的标准.

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为探究细粒含量fc、相对密度Dr以及初始有效围压σ'3c对饱和砂-粉混合料小应变剪切模量Gmax的影响,对具有不同fc,Dr和σ'3c的混合料开展了一系列弯曲元试验.试验发现:随着fc的增加,Dr=35％,50％的混合料的Gmax先减小后略有增大,Dr=60％的混合料的Gmax逐渐减小;当Dr相同时,具有不同fc的混合料的Gmax都随o'3c的增大而增大,且Gmax随σ'3c的增长速率基本保持不变;当σ'3c相同时,Gmax随孔隙比的增大而减小,fc对Gmax随孔隙比增大而减小的速率有明显影响.分析表明:当fc确定时,Hardin模型能很好地预测Gmax,但随fc的增大,模型参数A先减小后增大;考虑fc,e和σ'3c对Gmax影响的修正Hardin模型能较好地预测不同类别砂-粉混合料的Gmax,且Gmax预测值的误差基本小于10％.

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土体小应变剪切模量G0在场地地震响应和基坑变形等计算分析中有着重要作用.统计了上海典型土层的室内共振柱试验和现场原位波速测试测得的小应变剪切模量,给出了两种试验方法下的G0的经验公式,并对比分析了室内试验和现场原位测试结果的差异.研究结果表明土体的G0值主要由土体类别、孔隙比和平均有效应力决定,且现场试验的结果远高于室内试验的结果.进一步采用HS-Small本构模型对上海新金桥广场基坑工程的开挖变形进行数值模拟,分析了小应变剪切模量对于基坑工程变形的影响.分析结果表明,采用现场原位测试测得的小应变剪切模量进行基坑变形计算的结果与现场变形监测数据更为接近.

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利用带弯曲元波速测试的三轴仪对不同密实度下饱和丰浦砂进行了侧向静止土压力系数K0固结试验,旨在得出丰浦砂在不同密实度下K0值,并通过弯曲元波速测试计算K0固结条件下饱和砂的小应变剪切模量.研究表明:随着砂土密实度的增加,K0变小.同时,确定了K0固结下砂土的小应变剪切模量G0随有效围压和密实度的变化,并确定了G0预测公式中的参数A和n的值.基于试验成果,进一步尝试建立了丰浦砂K0系数和其小应变剪切模量G0的关系.

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通过GDS双向动三轴仪联合压电陶瓷弯曲元剪切波测试系统,研究了水泥土的小应变剪切模量Gmax.结果表明,Gmax随有效固结应力σ'0的增加而增加.与纯粘土相比,水泥土的Gmax显著提高,但随着水泥掺入比的增加,Gmax增加幅度减少.在试验基础上,提出了计算水泥土Gmax的表达式,而无需进行复杂的共振柱试验或弯曲元试验.

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小应变剪切模量和无侧限抗压强度是表征固化土刚度和强度特性的两个重要参数.简要介绍了弯曲元测试技术的原理及其在试验中存在的问题,采用压电陶瓷弯曲元测试技术对水泥和木质素固化剂固化粉土试样在不同养护龄期下的小应变剪切模量进行了测试,同时对相应龄期下试样进行了常规无侧限抗压强度试验,通过引入归一化参数G28和 UCS28对不同固化土的小应变剪切模量和无侧限抗压强度之间的相关关系进行分析,提出了固化土刚度与强度的相关性模型,可为地基处理中固化土的无损测试与加固效果评价提供新的方法.结果表明,水泥、木质素固化粉土的小应变剪切模量随养护龄期增加而增加,养护龄期28 d内增长显著,28 d后增长趋于平稳;相同类型固化土不论固化剂掺量多少,其小应变剪切模量随养护时间的发展在本质上是相同的;固化土归一化无侧限抗压强度表现出与小应变剪切模量相似的发展趋势;提出的固化土归一化模型可作为一种土体强度无损检测的新方法.

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为探究细粒含量FC、孔隙比e以及初始有效围压σ'3c对饱和砂类土小应变剪切模量Gmax的影响,对具有不同FC、e和σ'3c的饱和砂类土开展了一系列弯曲元试验.试验发现:当σ'3c和FC均相同时,Gmax随e的增大而减小;当e和FC均相同时,Gmax随σ'3c的增大而增大,当仅FC相同时,随σ'3c的增大,Gmax随e增大而减小的速率基本保持不变,而当仅σ'3c相同时,FC对Gmax随e增大而减小的速率影响显著.分析表明:当FC确定时,Hardin模型能很好的预测Gmax,但随FC的增大,模型参数A逐渐减小;基于等效骨架孔隙比的修正Hardin模型能较好预测具有不同FC、e或σ'3c的砂类土的Gmax,且Gmax预测值的误差基本小于10％.

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利用弯曲元、共振柱和循环扭剪试验联合测定了不同围压和密实度条件下干砂的小应变剪切模量，研究了弯曲元试验中输出信号的特性和各种信号分析方法确定剪切波传播时间的可靠性，并对比了不同试验的结果。研究结果表明，在共振柱试验时，需要考虑系统刚度对试验结果的影响，特别当试样刚度较大时。弯曲元输出信号中最先到达的是近场效应，其初始极化方向跟剪切波相反。近场效应随着输入频率的增加有一定程度的减小，但不会消失。实际试验中建议输入频率不断增加，直至输出信号比较稳定。值得注意的是，剪切初达波的振幅可能远小于后续振动，因此容易造成初达波的误判。时域初达波法能比较可靠准确地确定剪切波的传播时间，波峰法、交互相关法和交互功率法结果均随输入频率有较大波动，不能可靠地确定剪切波的传播时间。对比试验表明，弯曲元、共振柱和循环扭剪试验确定小应变剪切模量对细砂和粗砂均吻合良好，初步表明砂土粒径对不同试验方法结果的一致性没有影响。

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首先介绍了弯曲元技术的基本原理和应用研究情况,然后详细报道了浙江大学岩土工程研究所参与此次国际平行试验的试验内容和初步分析结果.试验对象为饱和Toyoura砂,内容为排水条件下的多级加荷三轴(固结比Kc=1,2)和固结仪K0试验,在每级荷载下利用弯曲元测试土样的剪切波速并计算剪切模量Gmax.本文试验结果与弯曲元技术应用方法为TC-29的最终分析提供了有效的试验数据和参考依据.

摘要:

时间效应对土体抗液化强度有显著影响,其定量表征是砂土地震液化判别的研究难点之一.基于土体小应变剪切模量Gmax和静力触探锥尖阻力qc的经验表达式,对土体密实度和有效应力作归一化处理,提出了砂土时间效应的表征指标AI.该表征指标在数学上表达为小应变剪切模量与大应变静力触探锥尖阻力的结构性参数的比值函数.通过分析已有室内试验数据发现重塑砂土具有稳定的AI值,而对现场数据的分析则揭示了砂土沉积年代越久、AI值越大的整体趋势.该表征指标能揭示土体力学特性随时间的演变规律却不含时间变量,因此是一个"表观时间"参数,为进一步研究时间效应对砂土抗液化强度的影响规律提供了基础.