复杂荷载作用下饱和砂土的动力特性试验研究

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波浪、地震及交通荷载都有共同的作用效应,即应同时考虑竖向动应力与剪切向动应力的耦合作用影响。  关于竖向和剪切向荷载的耦合作用,以往主要针对波浪荷载作用下的海床土体特性,重点围绕主应力轴连续旋转效应的影响开展了诸多试验研究。在以往的研究中主要将波浪荷载简化为等幅值无限延伸的简谐波,将海床土体简化为半无限空间弹性介质。而实际上,海床土体并非理想的半无限空间中的弹性介质,加之考虑地震和波浪共同作用下的海床土体动力响应(973计划项目—地震、波浪和海流等共同作用下多个质体动力相互作用),用竖向偏差应力保持不变,主应力轴连续旋转来模拟土体单元受力情况具有一定的局限性;另一方面,已有的波浪,地震等复杂荷载作用下的土体动强度定义虽能反应竖向与剪切向应力幅值的影响,却不能很好的反应竖向与剪切向应力幅值的比值及两荷载相位差的综合影响,故动强度的影响因素以及动强度的合理定义尚需进一步探究。  针对以上问题,本文利用北京工业大学先进的竖向—扭转双向耦合剪切仪进行了均等固结、非均等固结条件下的循环耦合剪切试验。应用已有的动强度定义,着重研究了双向动荷载的幅值比值和双向动荷载的相位差对砂土动强度及孔隙水压力、变形等特性的影响,主要研究工作及结论如下:  (1)关于轴向动荷载和剪切向动荷载共同作用下的动强度,现有的两种定义具有一定的局限性。试验结果表明,土体的动强度与轴向动荷载和剪切动荷载幅值的比值以及两荷载的相位差具有显著的依赖关系。因此,当需要同时考虑轴向荷载和扭转荷载的工况时,应综合考虑两者的比值以及相位差的影响。  (2)当两种动荷载幅值的比值λ小于某一值时,相位差对动强度的影响可忽略,对于本文试验条件,其λ值为0.60。  (3)相同固结条件下,轴向动荷载和扭转动荷载的比值以及相位差对孔隙水压力的增长速度影响显著,但对归一化的孔隙水压力发展模式没有显著影响。固结条件不同,孔隙水压力增长曲线不同。  (4)相同固结条件下,竖向偏差应力与剪应力幅值的比值和相位差对土体的变形发展模式没有显著的影响。相比之下不同固结条件对土体的变形影响显著:均等固结条件下,土体的轴向应变和剪应变发展较大,轴向应变主要以拉伸变形为主;非均等固结时剪应变发展很小,试样破坏时主要以轴向应变为主,且主要表现为单向累积压缩变形。
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