重塑饱和珊瑚礁砂动力响应试验研究

摘要

南沙群岛中存在各种形态的珊瑚岛与礁，遍布的珊瑚礁砂与礁灰岩是热带海洋中非常宝贵的材料资源。近年来，我国加快了南沙群岛基础工程建设，稳定礁盘上填筑场坪的筑岛工程中，就地取材采用珊瑚碎屑物填筑成为唯一可行的途径。我国南海区域地质稳定，工程抗震设防要求相对较低。但是，珊瑚礁砂颗粒的动力作用响应特征，尤其是珊瑚碎屑物粗颗粒散体材料（粒度、组构与状态关联性）的动力特征，国内外相应的研究较少，因此，围绕天然沉积礁盘与珊瑚碎屑物吹填土工结构组成的地基基础所面临的动力作用稳定问题及其评价，所开展的研究工作具有工程应用意义和学术价值。 本文利用空心圆柱扭剪仪、大型动静三轴仪开展了南海岛礁建设中珊瑚砂和珊瑚碎屑物两种材料动力响应的试验研究，包括动强度试验、动弹（剪）模量与阻尼比试验，试验结果表明： （1）在循环扭剪应力作用下，饱和珊瑚砂试样的广义剪应变?g与环向剪切应变?z?的动力响应特征分别为应变累积效应与循环效应，其振动液化破坏模式具有饱和松砂振动流滑液化破坏的特点；随着初始主应力方向角?0的增加，孔压、广义剪应变等的累积效应或循环效应随着振次的发展速率都明显加快，珊瑚砂的动强度明显降低。 （2）饱和珊瑚砂试样动应力-动应变关系骨干曲线适用于Hardin-Drnevich等效线性模型；动剪切模量随着动剪应变幅值的增加而减小，最大起始动剪切模量为62.5MPa；珊瑚砂阻尼比?随着动剪应变幅值的增加而增加，其数值分布在2%~20%之间。 （3）珊瑚碎屑物G3材料在轴向动应力作用下，轴向应变累积效应显著，孔压则以循环效应为主并明显低于有效围压，说明含有粗粒组的珊瑚碎屑物材料不易产生液化；不同粗粒含量对动强度的影响并不明显，但二者在动强度特征曲线上有稍许差异。 （4）珊瑚碎屑物G3材料的骨干曲线近似地符合双曲线模型，在同等动应力水平时，骨架密实型结构珊瑚碎屑物G3-45的动弹性模量明显高于悬浮密实结构珊瑚碎屑物G3-75，约高出30%?50%。两种材料阻尼比随着动应力幅值的增大都会趋于稳定，在20%~25%之间。 （5）本文提出的两种计算方法对骨干曲线和动弹性模量影响较小，但采用基准椭圆拟合的方法效果相对更好；在计算阻尼比时，采用原始数据法效果更好。

目录

第一个书签之前

Abstract

空白页面

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 珊瑚礁砂动力特性研究现状

1.2.1 钙质砂循环动力剪切的研究

1.2.2 钙质砂动力参数的研究

1.3 土动力学相关概念与原理

1.3.1 土的动应力应变关系

1.3.2 动弹（剪）模量与阻尼比

1.3.3 土的动强度

1.4 本文工作

第2章 试验材料及其静力学性质

2.1 珊瑚礁砂基本物理性质

2.1.1 级配特征

2.1.2 物质组成

2.1.3 比重

2.2 珊瑚礁砂三轴剪切强度

2.2.1 珊瑚砂固结排水剪切试验

2.2.2 珊瑚砂固结不排水剪切试验

2.2.3 珊瑚碎屑物大型三轴剪切试验

2.3 珊瑚礁砂压缩变形特性

2.3.1 珊瑚砂压缩试验

2.3.2 珊瑚碎屑物超高压压缩试验

2.4 本章小结

第3章 试验设备与数据处理

3.1 空心圆柱扭剪仪

3.1.1 设备组成及主要功能

3.1.2 试样中土的应力状态

3.2 大型动静三轴仪

3.2.1 设备组成及功能

3.2.2 动三轴试验原理

3.3 试验数据处理方法

3.3.1 滞回圈的计算

3.3.2 动模量的计算

3.3.3 阻尼比的计算

3.4 本章小结

第4章 珊瑚砂循环扭剪试验

4.1 引言

4.2 试验概况

4.2.1 试验材料

4.2.2 试验条件

4.2.3 试验步骤

4.3 试验结果与分析

4.3.1 珊瑚砂动模量与阻尼比

4.3.2 珊瑚砂动强度

4.4 本章小结

第5章 珊瑚碎屑物动三轴试验

5.1 引言

5.2 试验概况

5.2.1 试验材料

5.2.2 试验条件

5.2.3 试验步骤

5.3 试验结果与分析

5.3.1 动弹模量与阻尼比

5.3.2 珊瑚碎屑物动强度

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

附录Ⅰ

附录Ⅱ