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溫度效應(yīng)影響下的海相軟土靜力學(xué)特性試驗(yàn)
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芮瑞; 田子衿; 楊海青; 黃騰; 蒙慶輝; 王金元
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弄清溫度作用下海相軟土的力學(xué)變化對海底管道的建設(shè)與長期運(yùn)行有著重要作用。針對廣東汕尾海相軟土，進(jìn)行了一系列的基本物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，并通過X射線衍射儀、X射線熒光光譜儀和掃描電鏡儀對其礦物成分、元素組成和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。通過溫控三軸儀對其開展了等向固結(jié)與偏壓固結(jié)條件下的固結(jié)不排水室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)軸向應(yīng)變較小時(shí)，環(huán)境溫度和固結(jié)應(yīng)力比K_c對飽和廣東軟土的不排水剪切特性影響表現(xiàn)為環(huán)境溫度越高或固結(jié)應(yīng)力比越小，其割線模量越大，且其割線模量與固結(jié)應(yīng)力比呈反比，與環(huán)境溫度呈冪函數(shù)關(guān)系。軸向應(yīng)變增大時(shí)，其峰值強(qiáng)度受環(huán)境溫度和固結(jié)應(yīng)力比共同影響，而其峰值孔壓受環(huán)境溫度影響較小。試樣初始干密度會對等向固結(jié)土（K_c=1.00）的不排水剪切特征產(chǎn)生影響：試樣初始干密度越大，峰值孔壓越小，峰值強(qiáng)度越大，且溫度升高時(shí)其峰值強(qiáng)度的下降幅度越大。固結(jié)應(yīng)力比會影響不同環(huán)境溫度下飽和廣東軟土的峰值強(qiáng)度與有效應(yīng)力路徑：當(dāng)K_c=1.00、0.67時(shí)，環(huán)境溫度上升對飽和廣東軟土起軟化作用；當(dāng)K_c=0.50、0.40時(shí)，環(huán)境溫度上升則對其起硬化作用。
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福州長樂國際機(jī)場場地動(dòng)力特性及穩(wěn)定性研究
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王小桃; 程旭日; 馮雨順; 黎章; 童晨曦; 張升
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場地穩(wěn)定性判別對于保障機(jī)場長期安全穩(wěn)定服役具有重要意義。以福州長樂機(jī)場飽和砂土為研究對象，通過室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)，探究其動(dòng)力性能及影響因素，并采用室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場剪切波速測試方法對場地的抗液化能力進(jìn)行了場地穩(wěn)定性判別。研究結(jié)果表明場地砂土的動(dòng)剪切模量比隨圍壓增大而增大，阻尼比隨圍壓增大而減小，土體動(dòng)強(qiáng)度隨圍壓增大而增大；兩種場地液化判別方法在深度小于8m具有良好的一致性，驗(yàn)證了室內(nèi)試驗(yàn)測定現(xiàn)場場地穩(wěn)定性的可行性。
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間歇性變圍壓循環(huán)荷載作用下飽和軟黏土變形特性
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黃玨皓; 王宏超; 陳健; 付曉東; 閻曉玲; 馬超
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交通荷載由循環(huán)加載和間歇停振兩部分組成，間歇停振對土體動(dòng)力特性的影響不容忽視。交通荷載引起的應(yīng)力場包含循環(huán)變化的軸向偏應(yīng)力和圍壓。因此，通過對軟黏土開展一系列間歇性變圍壓循環(huán)加載試驗(yàn)，對飽和軟黏土在間歇性加載和循環(huán)圍壓作用下的變形特性進(jìn)行了研究，分析了循環(huán)圍壓和間歇停振階段排水條件對軟黏土累積軸向應(yīng)變的影響。研究結(jié)果表明，不同試驗(yàn)條件下軟黏土累積軸向應(yīng)變增量隨加載階段的變化趨勢保持一致，即累積軸向應(yīng)變增量隨加載階段的增加逐漸減小。累積軸向應(yīng)變增量隨循環(huán)圍壓的增大而減小。間歇停振階段不同排水條件下，試樣累積軸向變形變化規(guī)律也有所區(qū)別：部分排水條件下，循環(huán)加載階段產(chǎn)生的超孔隙水壓力在間歇停振階段消散，試樣累積軸向應(yīng)變在間歇停振階段有一定程度的增長；不排水條件下，循環(huán)加載階段產(chǎn)生的一部分變形在間歇停振階段得以慢慢恢復(fù)，試樣累積軸向應(yīng)變有所減小。上述研究成果可加深對間歇性循環(huán)荷載作用下軟黏土變形規(guī)律的認(rèn)識。
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海洋黏土孔壓增長和剛度弱化的循環(huán)閾值剪應(yīng)變試驗(yàn)研究
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循環(huán)閾值剪應(yīng)變是循環(huán)荷載作用下飽和土體的基本特性。針對不同塑性指數(shù)（I_p）的長江口原狀飽和海洋黏土，開展了一系列應(yīng)變控制逐級加載的不排水循環(huán)三軸試驗(yàn)，研究了引起原狀飽和海洋黏土孔壓增長的循環(huán)閾值剪應(yīng)變（γ_(tp)）和剛度弱化的循環(huán)閾值剪應(yīng)變（γ_(td)）。結(jié)果表明：長江口海洋黏土γ_(tp)和γ_(td)均隨I_p的增大而增大，相同測試條件下，同一海洋黏土的γ_(tp)大于γ_(td),I_p≈17時(shí)，γ_(tp)=0.018%～0.019%,γ_(td)=0.011%～0.012%,I_p≈30時(shí)，γ_(tp)=0.037%～0.041%,γ_(td)=0.022%～0.027%；長江口海洋黏土剛度弱化的發(fā)生不一定需要孔壓的增長，但會因孔壓增長而加劇。與已有文獻(xiàn)中陸域黏土的γ_(tp)和γ_(td)的對比分析發(fā)現(xiàn)：特殊的海洋沉積環(huán)境是造成長江口海洋黏土γ_(tp)和γ_(td)低于原狀陸域黏土的原因。
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探討低圍壓條件下如何準(zhǔn)確測試土體強(qiáng)度
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準(zhǔn)確測試土體的強(qiáng)度指標(biāo)對地基基礎(chǔ)的受力變形分析、穩(wěn)定計(jì)算具有重要意義，對低圍壓（小于100 kPa）條件下的三軸試驗(yàn)而言，壓力室傳力桿的活塞摩阻、橡皮膜的徑向約束不可忽視，同時(shí)設(shè)備的測試精度及量程也是應(yīng)當(dāng)考慮的重要影響因素。試圖通過開展不同條件下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、不同設(shè)備的三軸剪切試驗(yàn)等測試方案探討活塞摩阻、橡皮膜等因素對測試結(jié)果的影響程度，探討根據(jù)現(xiàn)有的測試條件如何測得試樣的抗壓及抗剪強(qiáng)度，為設(shè)計(jì)施工及數(shù)值計(jì)算提供可靠數(shù)據(jù)。針對國產(chǎn)三軸測試設(shè)備存在的不足提出了合理化建議，期望三軸測試設(shè)備從機(jī)械制造上進(jìn)一步改造升級，推動(dòng)中國精密三軸測試設(shè)備的研發(fā)。
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部分排水條件下靜力觸探試驗(yàn)力學(xué)機(jī)理研究
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在自然狀態(tài)下，大部分土體的約束條件介于完全排水和不排水兩者之間。在孔壓靜力觸探試驗(yàn)（piezocone penetrationtest,CPTU）的貫入過程中，受探頭尺寸、貫入速度和巖土材料等因素的影響，將發(fā)生部分排水現(xiàn)象。為研究排水條件對CPTU試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，開展三軸壓縮試驗(yàn)。引入應(yīng)變增量比，建立考慮漸近狀態(tài)的修正劍橋（Modified Cam-Clay, MCC）模型。推導(dǎo)考慮漸近狀態(tài)MCC模型的柱孔擴(kuò)張理論，提出CPTU測試數(shù)據(jù)的力學(xué)模型。通過數(shù)值模擬和模型槽試驗(yàn)，研究歸一化貫入速度與排水系數(shù)的規(guī)律。結(jié)合CPTU數(shù)據(jù)的力學(xué)模型，獲得應(yīng)變增量比與排水系數(shù)的數(shù)理關(guān)系。最后以上海市蘇州河地區(qū)深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程的測試數(shù)據(jù)為背景，驗(yàn)證力學(xué)模型的正確性。結(jié)果表明：在部分排水條件下，利用考慮漸近狀態(tài)的MCC模型，能夠描述土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，合理解釋CPTU貫入的力學(xué)機(jī)理。
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周鳳璽; 王立業(yè); 萬旭升; 梁玉旺; 葉偉林
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為了研究孔隙溶液種類和濃度、超固結(jié)程度對飽和黏土應(yīng)力–應(yīng)變曲線和剪脹行為等力學(xué)性能的影響，開展一系列控制含鹽條件和超固結(jié)比(OCR)的三軸壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果指出，孔隙鹽溶液的成分和濃度的變化會改變黏土的超固結(jié)程度、變形能力、剪脹比和臨界狀態(tài)線斜率，但對彈性模量的影響較小。因此，為了模擬飽和鹽漬黏土的彈塑性行為，在UH模型的基礎(chǔ)上建立一個(gè)新的化學(xué)彈塑性模型。該模型考慮滲透吸力對黏土力學(xué)特性的影響，可用于刻畫不同含鹽條件下飽和黏土的應(yīng)力–應(yīng)變行為。新模型首先借助等效應(yīng)力的概念明確滲透吸力的貢獻(xiàn)，給出飽和鹽漬黏土的化學(xué)彈性理論。然后，借助滲透吸力推導(dǎo)飽和鹽漬黏土的屈服面、硬化模量、應(yīng)力–剪脹方程和本構(gòu)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)隨著滲透吸力的增加，飽和鹽漬黏土的屈服面在三維應(yīng)力空間中變得愈加“矮胖”，超固結(jié)程度逐漸減弱，剪脹比也逐漸增大。此外，通過模型對不同滲透吸力下飽和鹽漬黏土試驗(yàn)結(jié)果的模擬和對比分析驗(yàn)證模型的普適性和預(yù)測能力。
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細(xì)粒含量對飽和礫性土靜動(dòng)力學(xué)特性的影響
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為探究細(xì)粒含量對飽和礫性土靜動(dòng)力學(xué)特性的影響，通過一系列礫性土固結(jié)排水三軸剪切試驗(yàn)及多級加載下固結(jié)排水動(dòng)三軸試驗(yàn)，分析了細(xì)粒含量對飽和礫性土靜力特性(應(yīng)力-應(yīng)變曲線、靜體積應(yīng)變)、動(dòng)力特性(軸向累積應(yīng)變、回彈模量、動(dòng)體積應(yīng)變)的影響規(guī)律。結(jié)果表明：細(xì)粒含量的增加導(dǎo)致礫性土的峰值強(qiáng)度不斷減小，但能夠有效約束試樣的剪脹變形，細(xì)粒含量15%時(shí)對應(yīng)的靜體應(yīng)變終值相比于細(xì)粒含量0%時(shí)減小了27.09%。隨著細(xì)粒含量的增加，飽和礫性土軸向累積應(yīng)變逐漸增大，而回彈模量隨細(xì)粒含量的增加而減??；飽和礫性土軸向累積應(yīng)變與振次的關(guān)系曲線符合單對數(shù)模型。
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飽和紅層泥巖填料動(dòng)力及耗散能特性試驗(yàn)研究
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陳康; 劉先峰; 蔣關(guān)魯; 袁勝洋; 潘申鑫; 余禎
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路基基床變形控制是保證高速鐵路線路平順性的重要前提之一，基床變形由外部荷載和路基填料動(dòng)力特性決定。通過不同圍壓和動(dòng)應(yīng)力下的動(dòng)三軸試驗(yàn)研究了飽和紅層泥巖填料動(dòng)力及能量耗散特性，結(jié)果表明：飽和紅層泥巖填料的累積變形、應(yīng)變速率和等效模量具有內(nèi)在相關(guān)性，可通過狀態(tài)邊界面表征。圍壓變化將引起狀態(tài)邊界面形狀和大小的改變，動(dòng)應(yīng)力則決定了填料動(dòng)力響應(yīng)在狀態(tài)邊界面中的位置。填料耗散能具有兩階段特征，先隨振次增加而衰減隨后到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。填料的累積變形、變形速率和等效模量與耗散能大小有關(guān)，同樣可通過狀態(tài)邊界面表征，耗散能則受動(dòng)應(yīng)力水平影響。當(dāng)相對能量水平低于20%，填料累積變形最終能夠穩(wěn)定，處于動(dòng)力穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)相對能量水平位于20%～60%，填料處于動(dòng)力臨界狀態(tài)；而當(dāng)相對能量水平高于60%，填料的長期穩(wěn)定性無法保證，處于動(dòng)力失穩(wěn)狀態(tài)。
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南海島礁珊瑚砂礫混合料動(dòng)力特性試驗(yàn)研究
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吳楊; 吳毅航; 馬林建; 崔杰; 劉建坤; 戴北冰
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在南海島礁實(shí)際建造工程中，上部吹填地基材料以大小砂礫共存、混雜無序的狀態(tài)分布。地層中砂礫混合分布狀態(tài)使地基在地震等動(dòng)荷載下呈現(xiàn)出復(fù)雜的力學(xué)響應(yīng)。通過開展一系列不同含礫量、密實(shí)度、圍壓和初始剪應(yīng)力條件下的不排水循環(huán)三軸剪切試驗(yàn)，研究珊瑚砂礫混合料在不同工況下的動(dòng)力特性。試驗(yàn)結(jié)果表明，無論是在松散還是密實(shí)狀態(tài)，含有珊瑚礫的混合料試樣在循環(huán)荷載下表現(xiàn)出更緩的軸向應(yīng)變增長和孔隙水壓上升的變化趨勢。與單一珊瑚砂所構(gòu)成的試樣相比，珊瑚砂礫料試樣具有更高的抗液化能力。珊瑚砂礫混合料抗液化強(qiáng)度隨著含礫量、密實(shí)度和初始剪應(yīng)力的增大而顯著提高。密實(shí)珊瑚砂礫料的抗液化強(qiáng)度隨圍壓的增大而減小，而針對松散試樣沒有發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律，這可能是圍壓和密實(shí)度耦合影響引起的。試驗(yàn)結(jié)果表明含礫量對試樣抗液化強(qiáng)度的影響主要受混合料骨架結(jié)構(gòu)所控制，混合料骨架大致可分為粗顆粒（珊瑚礫）和細(xì)顆粒（珊瑚砂）結(jié)構(gòu)主導(dǎo)兩種狀態(tài)。二元介質(zhì)屬性是開展砂礫混合料力學(xué)特性研究所必須考慮的影響因素。
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陳平山; 呂衛(wèi)清; 梁小叢; 周紅星; 王婧; 馬佳鈞
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珊瑚土作為新興的熱帶地區(qū)島礁與港口工程的首選土工材料，寬級配是其結(jié)構(gòu)組成的主要特征。由于相關(guān)工程面臨較高的地震風(fēng)險(xiǎn)，珊瑚土的抗液化能力正逐漸引起重視。為探究含細(xì)粒珊瑚土的抗液化能力，以東太平洋某熱帶港口工程的實(shí)際珊瑚土場地為背景，通過大粒徑循環(huán)三軸液化試驗(yàn)測試了設(shè)計(jì)相對密實(shí)度為0.4～0.8的3組代表性級配試樣及剔除細(xì)粒的兩組試樣的飽和不排水動(dòng)強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：冪函數(shù)可以模擬含細(xì)粒珊瑚土的循環(huán)應(yīng)力比與液化所需振次關(guān)系；細(xì)粒的存在與相對密實(shí)度的提高不會顯著提高珊瑚土抗液化能力；珊瑚土液化過程的超靜孔壓發(fā)展模式與砂土相近，兩參數(shù)或三參數(shù)的反正弦模型可以較好地模擬含細(xì)粒珊瑚土的液化超孔壓發(fā)展過程。研究表明，含細(xì)粒珊瑚土仍然屬于可液化土類。以背景工程為例，同類型工程在設(shè)計(jì)施工及使用階段都需要考慮對地震液化災(zāi)害的設(shè)防，該研究為珊瑚土液化防治工作提供了技術(shù)支持。
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考慮擾動(dòng)影響的土體小應(yīng)變硬化模型參數(shù)試驗(yàn)研究及其在基坑工程中的應(yīng)用
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天然結(jié)構(gòu)性土體容易受到各類施工擾動(dòng)，導(dǎo)致土體物理力學(xué)性質(zhì)改變，進(jìn)而影響工程穩(wěn)定、變形以及鄰近環(huán)境。針對寧波兩種典型土體，分別對原狀土和輕、重?cái)_動(dòng)土以及重塑土開展了三軸試驗(yàn)及一維壓縮試驗(yàn)，分析了擾動(dòng)度對小應(yīng)變硬化模型（HS-small model，簡稱HSS模型）主要參數(shù)的影響規(guī)律，并將其應(yīng)用于寧波某基坑工程，利用Plaxis3D分析了考慮周邊土體擾動(dòng)影響的坑后土體水平位移變化。研究結(jié)果表明，擾動(dòng)會使土體的強(qiáng)度及剛度參數(shù)降低。對于淤泥質(zhì)黏土，輕擾動(dòng)試樣的參考切線模量E_(oed)~(ref) 、參考割線模量E_(50)~(ref)及參考加卸載模量E_(ur)~(ref)值分別降低14%、10%、2%，重?cái)_動(dòng)試樣三參數(shù)分別降低43%、14%、15%，粉質(zhì)黏土三參數(shù)也呈現(xiàn)相似降低趨勢。在考慮土體擾動(dòng)影響的情況下，基坑周邊兩個(gè)測斜孔的最大水平位移值分別增大13%、15%，更加接近實(shí)測值。研究結(jié)果可為小應(yīng)變硬化模型的參數(shù)取值以及考慮擾動(dòng)影響的基坑工程分析計(jì)算提供指導(dǎo)。
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不同粒徑比下含細(xì)顆粒砂土液化特性的試驗(yàn)研究
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利用帶有彎曲元的GDS動(dòng)三軸儀，對3種不同粒徑比下含細(xì)粒砂土進(jìn)行不排水循環(huán)三軸和彎曲元試驗(yàn)，分析了細(xì)顆粒含量、密實(shí)度、初始有效圍壓、制樣方法以及粗細(xì)顆粒粒徑比對砂土液化特性的影響，探討了等效骨架孔隙比e~*能否合理統(tǒng)一表征不同初始狀態(tài)以及不同粒徑比下含細(xì)粒砂土的抗液化強(qiáng)度。研究結(jié)果表明：等效骨架孔隙比e~*可以合理解釋低塑性粉粒含量對各種砂性土抗液化強(qiáng)度CRR_(15)和小應(yīng)變剪切模量G_0的影響，兩者均呈負(fù)冪數(shù)關(guān)系，且G_0通過e~*與CRR_(15)呈現(xiàn)一一對應(yīng)關(guān)系，為含細(xì)顆粒砂土液化判別提供了一種新的經(jīng)驗(yàn)性方法。其次，通過e~*表征砂性土抗液化強(qiáng)度時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮初始圍壓和制樣方法的影響，特別對于孔隙比較小和細(xì)顆粒含量較低時(shí)。粒徑比χ在小于9.9時(shí)對CRR_(15)與e~*的關(guān)系影響較大，而當(dāng)χ大于9.9時(shí)，關(guān)系曲線幾乎重合一致，且發(fā)現(xiàn)等效相對密實(shí)度Dr*與3種砂性土的抗液化強(qiáng)度呈單調(diào)遞增線性關(guān)系，不受細(xì)顆粒含量和粒徑比的影響。
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