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歐美大地 室內巖土試驗
室內巖土試驗
案例分析:海相軟黏土交通荷載研究
發布時間:2023-12-18 瀏覽次數:10413 來源:歐美大地


浙江省軟弱土地基與海涂圍墾工程技術重點實驗室成立于2006 年。實驗室主要研究四個重點領 域:在厚軟土地基上的高速交通、堤防和地下工程建設,以及沿海工業區土地復墾開發建設。

該實驗室擁有2000多平方米的研究空間,研究設備總造價超過3000多萬元。研究成果已應用于溫州永強跑道、溫州城市高速公路建設及溫州沿海工業區地下空 間開發項目。

本文為2016年浙江省軟弱土地基與海涂圍墾工程技術重點實驗室,溫州大學土木工程系巖土工程課題組伍婷玉博士利用GDS空心圓柱扭剪試驗系統的完成的試驗案例。


問題

海相軟粘土廣泛分布于東南地區,具有較弱的工程性能。浙江省作為中國經濟最發達的地區,擁有龐大的交通基礎設施,包括高速公路、公路、鐵路、機場跑道等,這些交通基礎設施都是在海相粘土上建設的。隨著交通荷載長期作用下,現有基礎設施容易產生超沉降。 為了揭示交通荷載對海相粘土的影響, 并預測未來的沉降,開展了相應地研究。

交通荷載不僅是一個長期的循環荷載, 而且在每個循環過程中應力路徑的形狀都是獨特的。隨著車輪的靠近和離開, 土體的應力分量在大小和方向上都發生 了變化(見圖1.1)。

圖1 交通荷載作用下軟土地基土單元的應力分量


此外,在每個循環過程中,最大主應力角σ都是旋轉的。當在2τzθ(σz - σθ)空間中繪制時,應力路徑形成如圖 1.4 所示的形狀。

根據前人的有限元分析,剪應力與軸向應力的比值并非保持不變,而是隨著深度的增加而減小,從而導致應力路徑形狀的改變。

為了模擬交通荷載的應力路徑,需要對每個應力分量進行精確控制(如圖 1.2 所 示)。這就需要進一步根據載荷的形狀重 新定義波形。


解決方案

動態空心圓柱裝置(HCA)是該研究項目的首選系統。HCA能夠在整個測試過程中獨立地施加軸向力、扭矩、內外壓力。因此,它被廣泛應用于研究土體在主應力軸循環轉動時的變形特性。

GDS儀器為溫州大學提供了一個定制的HCA,以滿足他們的要求規格。能獨立施加軸向力 W,扭矩 MT,內部壓力 pi 和外部壓力 po  ,從而控制土體(軸向應力σz、徑向應力σr、切向σθ、剪應力τzθ)的應力狀態。由于3個主應力的 大小和大主應力軸的角度α可以控制,因此可以進行主應力軸旋轉的試驗。

以兩次試驗結果為例,圖2展示了試驗過程中實際應力路徑與期望應力路徑相關性的對比。這證實了GDS中空心圓柱裝置(HCA)可以準確模擬進行研究所需的交通加載應力 路徑。


圖2


圖3顯示了每次測試不同形狀的應力路徑。應力路徑的不同形狀表明扭轉剪應力與豎向循環應力的比值不同。

圖3



結果

試驗結果表明,扭轉剪切應力對軟黏土試樣應變發展的影響。如圖4所示,所有試驗結果均表現出相似的軸向應變發展過程。但η值影響軸向應變發展水平。η值越高,試樣的永久應變越大。

圖4


結論與證明

這一系列HCA循環試驗表明,剪切應力水平對應變和孔隙壓力的發展有顯著影響,從而加速了海相粘土的破壞。然而,目前的規范只考慮軸向應力,因此高估了地基土。需要進一步的研究來完善現有的理論和預測模型。

在整個過程中,GDS公司及歐美大地公司提供了大量的幫助和支持。我們期待著在未來的項目上與他們合作。

伍婷玉博士 溫州大學土木工程學院 巖土工程課題組






參考文獻

GUO  Lin,  CAI  Yuan-qiang, WANG  Jun,  GU  Chuan.  Long- term  cyclic strain behaviour of Wenzhou structural soft clay[J]. Chinese Journal  of  Geotechnical Engineering, 2012,  34(12):2249-2254.

Guo   L,   Wang   J,   Cai   Y,   et   al.   Undrained  deformation behaviour of  saturated soft  clay  under  long-term  cyclic loading[J].  Soil   Dynamics &  Earthquake Engineering, 2013,

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