复杂应力路径下饱和砂土动力特性试验研究

发布时间：2017-05-02 23:01

  本文关键词：复杂应力路径下饱和砂土动力特性试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：砂土是自然界中广泛存在的颗粒材料,作为大量工程建筑的地基,承受着如交通荷载、地震荷载等动荷载的作用,这些动荷载非常复杂。交通荷载是一种长期往复的循环荷载,不仅竖向应力发生循环变化,而且由于车轮的移动引起应力主轴连续旋转,随着车辆荷载逐渐增大、车速大幅提高,造成路基土体产生过大的沉降,导致路面产生裂缝、车辙等道路病害；而地震荷载是一种短期荷载,地震波中的剪切波向上传播引起水平场地中土单元体产生剪应力,砂土液化是地震震害最显著的表现之一,导致地基强度降低,产生大面积变形,由此造成的经济损失巨大,威胁人类的生命安全。因此,深入探究土体在复杂应力路径下的动力特性将有助于发展地基灾变控制技术。 本文利用空心圆柱扭剪仪和变围压动三轴仪进行了一系列复杂应力路径下土体特性试验研究。本文开展的主要工作及相应的研究成果如下： (1)针对竖向荷载发生变化(加载或卸载)时,不仅主应力幅值发生变化,应力主轴同时也会发生旋转这一复杂应力路径,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同应力路径下饱和砂土变形特性的研究,包括应力主轴固定、偏应力比增大系列,偏应力比不变、应力主轴单调旋转系列,偏应力比和应力主轴偏转角同时增加系列,偏应力比和应力主轴偏转角分段增加系列。通过这4个系列的排水剪切试验,着重分析不同应力路径下砂土的体应变、最大剪应变、主应力增量方向及主应变增量方向变化规律。 (2)针对交通荷载作用下竖向应力和剪应力发生循环变化,同时应力主轴发生连续旋转,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列考虑应力主轴旋转的心形应力路径和不考虑应力主轴旋转的三轴应力路径下饱和土体动力特性试验研究,同时考虑围压、竖向应力对累积应变的影响。研究表明应力主轴旋转下,饱和砂土会产生更大的累积变形,而且应力主轴旋转会促进围压、竖向应力对累积变形的影响。提出了考虑应力主轴旋转的累积应变预测模型。 (3)针对交通荷载作用下竖向应力和水平正应力发生循环变化,利用变围压动三轴仪对已有文献中提出的3种比较方式开展了一系列的常围压和变围压试验,对轴向累积变形、累积体应变和应力应变滞回圈进行了详细地分析,研究表明绝大多数情况下,考虑变围压因素影响时会产生更大的累积变形。分析了不同斜率的应力路径试验中影响轴向累积变形的主要因素并提出了考虑变围压影响的轴向累积变形预测模型。 (4)采用不同制样方法制备具有不同组构的重塑砂样,利用变围压动三轴仪进行了一系列变围压和常围压应力路径下不同组构土体动力特性的试验研究。考虑了不同相对密实度下组构对累积变形的影响,同时利用弯曲元对试验过程中剪切波速进行测试,分析了不同应力路径下组构对剪切波速变化的影响。研究表明相同应力路径相同密实度条件下,由湿捣法制得的试样产生的轴向累积应变大于落砂法。 (5)针对地震荷载作用下水平场地中土体的受力特点,利用空心圆柱扭剪仪对不同相对密实度的饱和南京砂分别进行了单调扭剪不排水、排水试验以及循环扭剪不排水试验,得到了单调扭剪荷载作用下试样的相转换线和破坏线。着重分析了试样在循环扭剪荷载作用下有效应力路径的发展模式及其与单调扭剪荷载作用下试样相转换线之间的关系。
【关键词】：砂土 交通荷载 地震荷载 应力路径 循环荷载 应力主轴旋转 变围压 空心圆柱扭剪仪 动三轴仪 累积变形 组构 制样方法 弯曲元 扭剪荷载 相转换线
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU441;TU411
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-15
• 第1章 绪论15-37
• 1.1 研究背景与意义15-19
• 1.2 研究现状19-34
• 1.2.1 动荷载作用下应力路径概述19-22
• 1.2.2 应力主轴旋转应力路径下饱和土体动力特性研究现状22-26
• 1.2.3 变围压应力路径下饱和土体动力特性研究现状26-28
• 1.2.4 累积变形预测模型28-32
• 1.2.5 扭剪应力路径下饱和土体动力特性研究现状32-34
• 1.3 本文的主要工作34-37
• 第2章 试验设备和试样制备37-53
• 2.1 前言37
• 2.2 试验设备筒介37-44
• 2.2.1 动态空心圆柱扭剪仪37-41
• 2.2.2 变围压动三轴联合弯曲元测试系统41-43
• 2.2.3 弯曲元43-44
• 2.3 试验材料44-45
• 2.4 试样制备45-51
• 2.4.1 制样方法45-47
• 2.4.2 试样饱和47
• 2.4.3 试样制备及安装过程47-51
• 2.5 本章小结51-53
• 第3章 偏应力比和主轴偏转角同时变化应力路径下饱和砂土变形特性试验研究53-73
• 3.1 前言53-54
• 3.2 流动规律54-56
• 3.3 试验方案56-59
• 3.4 试验结果分析59-71
• 3.4.1 应力主轴固定、偏应力比增大(η系列)试验结果分析59-60
• 3.4.2 偏应力比不变、应力主轴单调旋转(α系列)试验结果分析60-62
• 3.4.3 η系列和α系列应变对比62-64
• 3.4.4 偏应力比和应力主轴偏转角同时增加(η-α系列)试验结果分析64-69
• 3.4.5 偏应力比和应力主轴偏转角分段增加(ML-η-a系列)试验结果分析69-71
• 3.5 本章小结71-73
• 第4章 应力主轴旋转应力路径下饱和砂土动力特性试验研究73-97
• 4.1 前言73-74
• 4.2 试验方案74-77
• 4.3 应力修正77-79
• 4.4 试验加载应力和应变发展分析79-81
• 4.5 各因素对累积变形的影响81-85
• 4.5.1 循环扭剪应力比(η)对累积应变的影响81-83
• 4.5.2 围压(σ_c)对累积应变的影响83-84
• 4.5.3 循环竖向应力比(CVSR)对累积应变的影响84-85
• 4.6 累积应变预测模型85-95
• 4.7 本章小结95-97
• 第5章 变围压应力路径下饱和砂土动力特性试验研究97-133
• 5.1 前言97
• 5.2 试验方案97-101
• 5.3 变围压和常围压试验结果分析101-125
• 5.3.1 加载应力101-104
• 5.3.2 轴向应变104-105
• 5.3.3 具有相同最大应力状态的VCP和CCP试验比较105-109
• 5.3.4 具有相同初始应力状态的VCP和CCP试验比较109-113
• 5.3.5 具有相同平均应力状态的VCP和CCP试验比较113-119
• 5.3.6 应力比q~(max)/σ_3~(av)对轴向累积应变的影响119-122
• 5.3.7 应力路径长度L对轴向累积应变的影响122-125
• 5.4 累积应变预测模型125-130
• 5.5 本章小结130-133
• 第6章 组构对复杂应力路径下饱和砂土动力特性影响试验研究133-157
• 6.1 前言133-135
• 6.2 试验方案135-139
• 6.3 弯曲元剪切波速测试介绍139-141
• 6.4 试验结果141-155
• 6.4.1 轴向应变和体应变141
• 6.4.2 组构对轴向累积应变影响141-144
• 6.4.3 组构对累积体应变影响144-147
• 6.4.4 组构对滞回圈的影响147-151
• 6.4.5 组构对剪切波速的影响151-155
• 6.5 本章小结155-157
• 第7章 扭剪应力路径下饱和砂土动力特性试验研究157-169
• 7.1 前言157-158
• 7.2 试验方案158-160
• 7.3 试验结果分析160-168
• 7.3.1 扭剪应力的修正160
• 7.3.2 单调扭剪试验结果160-164
• 7.3.3 循环扭剪试验结果164-168
• 7.4 本章小结168-169
• 第8章 结论与展望169-173
• 8.1 主要结论169-171
• 8.2 进一步研究建议171-173
• 参考文献173-191
• 作者简历及博士期间发表论文191

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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2 杨仲轩;李相崧;明海燕;;砂土各向异性和不排水剪切特性研究[J];深圳大学学报(理工版);2009年02期

3 廖河山，陈清军，徐植信;SH波倾斜入射时土层的非线性响应分析[J];同济大学学报(自然科学版);1994年04期

4 边学成;胡婷;陈云敏;;列车交通荷载作用下地基土单元体的应力路径[J];土木工程学报;2008年11期

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1 童朝霞;应力主轴循环旋转条件下砂土的变形规律与本构模型研究[D];清华大学;2008年

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本文编号：341823