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科研進展

武漢巖土所在膨脹土小應變剪切模量衰減特性研究方面取得進展

發表日期:2024-01-02來源:武漢巖土力學研究所放大 縮小

  膨脹土為一種具有顯著脹縮性的特殊性土,其廣泛分布于世界各地并造成各種工程問題。工程中存在各種動荷載如地震、交通荷載和樁基貫入等,使得許多巖土工程結構物如擋墻、地基等常處于小應變狀態(<0.1%),因此土體的變形特性受到越來越多的關注。土體小應變剪切模量是分析土體或土工結構物變形特性和動荷載作用下場地動反應所需的關鍵參數,隨著變形的增大,小應變剪切模量通常表現出非線性衰減特性。目前多采用經驗模型來描述土體小應變剪切模量的非線性衰減特性,缺乏對土體小應變剪切模量非線性衰減機理的研究。另外,改性膨脹土通??勺鳛榻ㄖ牧箱佋O路基,為此需要針對性研究交通動荷載下改性膨脹土小應變剪切模量的非線性衰減特性。

  中國科學院武漢巖土力學研究所特殊土土力學組研究團隊通過共振柱試驗系統研究了土體結構、平均有效應力、加卸載應力路徑和振動循環次數對膨脹土小應變剪切模量的影響,揭示了土體小應變剪切模量的非線性衰減規律,并提出了反映土體小應變剪切模量演化規律的統一損傷模型。同時,采用石灰對膨脹土進行改性,研究了石灰改性膨脹土小應變剪切模量的非線性衰減特性。研究發現土體小應變剪切模量的非線性衰減特性本質上可看作是土體變形導致的損傷行為,且土體小應變剪切模量的非線性衰減規律均可通過統一損傷模型進行描述。石灰能夠很好地提升膨脹土的小應變剪切模量,但同時也增大了膨脹土的脆性,工程中建議采用少量的石灰對膨脹土進行處理。該研究可為小應變范圍內巖土工程變形分析提供理論和實際指導。

  相關研究成果近期發表于Engineering Geology和Journal of Soils and Sediments期刊上。研究工作獲得國家重點研發計劃(No.2019YFC1509901)的資助。

  論文鏈接:

  https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2023.107017

  https://doi.org/10.1007/s11368-023-03570-3

  

圖1 膨脹土小應變剪切模量衰減規律  

 

圖2 損傷模型結果與試驗數據比較

    

圖3 石灰改性膨脹土小應變剪切模量衰減特性

  

圖4 石灰改性膨脹土微觀結構特征

附件:
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