岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (3): 601-610.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0906

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

动渗耦合作用下软黏土动力特性试验研究

雷华阳1, 2, 3,许英刚1,缪姜燕1,刘旭1   

  1. 1. 天津大学 建筑工程学院 土木工程系,天津 300350;2. 天津大学 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津 300350; 3. 中国地震局 地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室,天津 300350
  • 收稿日期:2020-06-28 修回日期:2020-12-24 出版日期:2021-03-11 发布日期:2021-03-15
  • 作者简介:雷华阳,女,1974年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程教学与科研工作
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(No.2017YFC0805407);国家自然科学基金重大项目(No.51890911);土木工程防灾国家重点实验室开放课题基金(No.SLDRCE17-01)

Experimental investigation on dynamic properties of soft clay under coupled cyclic-seepage loads

LEI Hua-yang1, 2, 3, XU Ying-gang1, MIAO Jiang-yan1, LIU Xu1   

  1. 1. Department of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China; 2. Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety of Education Ministry, Tianjin University, Tianjin 300350, China; 3. Key Laboratory of Earthquake Engineering Simulation and Seismic Resilience, China Earthquake Administration, Tianjin 300350, China)
  • Received:2020-06-28 Revised:2020-12-24 Online:2021-03-11 Published:2021-03-15
  • Supported by:
    the National Key R&D Plan(2017YFC0805407), the Major Projects of the National Natural Science Foundation(51890911) and the Open Project Fund of State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering(SLDRCE17-01).

摘要: 针对天津地区饱和软黏土,开展了一系列动渗耦合作用下的循环三轴试验。结果表明,软黏土在动渗耦合作用下累积塑性应变发展呈现初期瞬时增长、减速增加、稳定/线性发展3阶段特征;渗流力的存在使得软黏土的动力变形增大1~2倍,且渗流力越大,累积塑性变形增幅越大;振动频率越小,动应力越高,累积塑性应变越大;建立了考虑渗流力作用的软黏土累积塑性应变预测模型;渗流力的存在使得加载初期滞回曲线向应变轴倾斜程度增大;动渗耦合下软黏土的动弹性模量随应变发展先增加后减小,且渗流力越大,模量越低;定义了动弹性模量的换算系数,揭示了其与累积塑性应变的变化规律,建立了考虑渗流力、频率影响的动弹性模量归一化预测模型;渗流力越大,阻尼比的衰减幅度越大,且在振动末期,其阻尼比近似为0.02~0.04。研究成果可以为流固耦合条件下的场地动力特性分析提供理论参考。

关键词: 软黏土, 动渗耦合, 累积塑性应变, 渗流, 动弹性模量, 阻尼比

Abstract: In this paper, a series of triaxial tests under coupled cyclic-seepage loads was carried out for saturated soft clay in Tianjin. The results show that the development of cumulative plastic strain is characterized by three stages: initial instantaneous growth, decelerated increase and stable / linear development, and seepage can enlarge the dynamic deformation up to 1?2 times of that compared to cyclic load only. Larger seepage force induces greater cumulative plastic deformation. The lower frequency or greater cyclic stress amplitude induces larger strain. The prediction model of cumulative plastic deformation of soft clay is established under the condition of dynamic-seepage coupling. The presence of seepage induces greater inclination to strain axis of hysteric curve at initial vibration. The dynamic elastic modulus of soft clay increases firstly and then decreases, and the larger seepage force induces lower modulus; the mathematical relationship between dynamic elastic modulus and cumulative plastic strain is revealed: under seepage condition, a prediction model of dynamic modulus was proposed considering the influences of seepage force and frequency. The damp ratio decreases to a constant value with increasing number of cycles. The larger the seepage force is, the larger the damping ratio attenuation amplitude is, and the damping ratio is approximately 0.02?0.04 at the end of the vibration. The results could provide guidance on the numerical simulation of dynamic characteristics of soft clay ground under seepage condition.

Key words: soft clay, dynamic-seepage coupling, cumulative plastic strain, seepage, dynamic modulus, damping ratio

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[1] 夏才初, 徐英俊, 王辰霖, 赵海鸥, 薛小代, . 基于非稳态渗流过程的压气储能 洞室空气渗漏率计算[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1765-1773.
[2] 刘飞禹, 江淮, 王军, . 砾石−格栅界面循环剪切软化特性试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1485-1492.
[3] 王柳江, 刘斯宏, 赵志杰, 沈超敏, 鲁洋. 土工袋界面动力特性的循环直剪试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1625-1634.
[4] 黄娜, 蒋宇静, 程远方, 刘日成, . 基于3D打印技术的复杂三维粗糙裂隙网络 渗流特性试验及数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1659-1668.
[5] 彭守建, 王瑞芳, 许江, 甘青青, 蔡果良, . 二次炭化温度对热压型煤力学性质 及微观结构影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1221-1229.
[6] 李跃, 徐卫亚, 易魁, 谢伟超, 张强, 孟庆祥, . 堆积体滑带土非饱和-饱和渗透特性试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1355-1362.
[7] 平琦, 苏海鹏, 马冬冬, 张号, 张传亮, . 不同高温作用后石灰岩物理与动力特性试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 932-942.
[8] 任华平, 刘希重, 宣明敏, 叶新宇, 李强, 张升, . 循环荷载作用下击实粉土累积塑性变形研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1045-1055.
[9] 江文豪, 詹良通. 考虑井阻效应及径向渗透系数变化下砂井 地基的大变形固结[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 755-766.
[10] 薛松, 杨志兵, 李东奇, 陈益峰. 滴状流条件下非饱和交叉裂隙分流机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 59-67.
[11] 王珂, 盛金昌, 郜会彩, 田晓丹, 詹美礼, 罗玉龙, . 应力−渗流侵蚀耦合作用下粗糙裂隙渗流特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 30-40.
[12] 安笑, 潘华利, 欧国强, 孔玲, 李炳志, . 恒定渗流作用泥石流碎屑物质起动判别模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 115-122.
[13] 杨志浩, 岳祖润, 冯怀平, 叶朝良, 马德良, . 级配碎石填料大三轴试验及累积塑性应变预测模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2993-3002.
[14] 王明年, 江勇涛, 于丽, 董宇苍, 段儒禹, . 砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2515-2524.
[15] 房营光, 陈建, 谷任国, 巴凌真, 舒浩恺, . 基于有效比表面积修正的Kozeny-Carman方程 在黏土渗透中的适用性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2547-2554.
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[1] 吴振君,王水林,汤 华,王 威,葛修润. 边坡可靠度分析的一种新的优化求解方法[J]. , 2010, 31(3): 713 -718 .
[2] 王 成,徐 浩,郑颖人. 隧道近接桩基的安全系数研究[J]. , 2010, 31(S2): 260 -264 .
[3] 李新平,代翼飞,刘金焕,曾 明,刘立胜,张开广. 钢管爆炸破坏的数值模拟分析与试验研究[J]. , 2009, 30(S1): 5 -9 .
[4] 王应铭,李肖伦. 郑西客专陕西段路基湿陷性黄土地基处理简介[J]. , 2009, 30(S2): 283 -286 .
[5] 张 平,房营光,闫小庆,何智威. 不同干燥方法对重塑膨润土压汞试验用土样的影响试验研究[J]. , 2011, 32(S1): 388 -0391 .
[6] 萧富元 ,王建力 ,邵厚洁. 深埋脆性岩石力学参数评估与变形特性探讨[J]. , 2011, 32(S2): 109 -114 .
[7] 莫振泽 ,李海波 ,周青春 ,何恩光 ,邹 飞 ,朱小明 ,赵 羽. 基于UDEC的隧道掘进机滚刀破岩数值模拟研究[J]. , 2012, 33(4): 1196 -1202 .
[8] 吴贤振 ,刘祥鑫 ,梁正召 ,游 勋 ,余 敏 . 不同岩石破裂全过程的声发射序列分形特征试验研究[J]. , 2012, 33(12): 3561 -3569 .
[9] 刘 健,宋 娟,张凤伟,张强勇,段 抗,李术才. 多随机因素作用下储气库套管运行期安全性分析[J]. , 2012, 33(12): 3721 -3728 .
[10] 刘增利,李洪升,邢怀念,张小鹏. 冻土非线性断裂韧度的修正因子测试方法[J]. , 2013, 34(3): 908 -912 .