静、动荷载作用下饱和粘土变形和强度的单剪试验研究

摘要

深海平台建立的首要工作是对施工区进行详细的工程勘查，为海工结构物设计和能源开发提供参考依据，因此，研究 k0固结下海相沉积软粘土的动力响应特征，是十分必要的。单剪试验为 k0固结状态，能更好地模拟真实场地的应力状态，试样尺寸较小，试验用土较少，适用于取样困难的海相沉积饱和软粘土，本文运用动单剪仪，探讨了海相饱和软粘土的单剪强度及单剪动力变形特性。
　　首先，详细介绍了GDS循环单剪仪的系统组成，分析了单剪试验为等体积排水试验的原因。然后，运用ABAQUS软件建立了单剪试验土体的3D模型，根据模拟试验数据确定了单剪试验的应力状态。介绍了SHANSEP试验方法，并确定该方法适用于南海饱和软粘土。
　　对南海饱和软粘土进行了不同静应力比（静应力比分别为0，0.25，0.5，0.75），不同动应力比的应力控制循环单剪试验，研究了不同应力水平下海相饱和软粘土的单剪强度特征。结果表明：无静应力时，循环应变存在拐点，可将拐点值作为破坏标准，同时，动应力比存在阈值，当动应力比小于阈值时，土体不会发生破坏；有静应力时，应变向有初始应变一侧累积，且无论是增加静应力比还是动应力比，都会引起应变累积加快，破坏振次减小，相对而言，动应力比对应变累积和破坏振次变化的影响更显著。此外，给出了破坏振次为1000次的强度包络线，提供了安全的静、动应力比组合方式。
　　采用应变控制的循环单剪试验，通过分析软化指数和软化参数的变化规律，探讨了循环振次、剪应变幅值、竖向固结压力、超固结比以及振动频率对饱和软粘土软化特性的影响，同时，探索了单剪动剪切模量和阻尼比的变化规律。研究结果表明：存在一个剪切应变阈值3.2×10-3，当剪应变幅值小于3.2×10-3时，软化指数与试验条件无关；当剪应变幅值大于阈值时，竖向固结压力越小，超固结比越低，软化指数越小，对应的软化参数越大，土体的循环软化现象越明显，其中，超固结比的影响比竖向固结应力更显著，振动频率在研究范围内对土体软化几乎无影响；对试验结果进行回归分析，建立了海相饱和软粘土软化参数的经验公式；归一化剪切模量和阻尼比随剪应变幅值的变化关系几乎与试验条件无关。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 主要研究工作

第二章 基于GDS循环单剪仪的循环单剪试验

2.1 试验仪器选取

2.2 单剪试验仪器介绍

2.3 单剪试验分析

2.4 小结

第三章 静荷载作用下单剪SHANSEP方法研究

3.1 概述

3.2 SHANSEP方法原理介绍

3.3 试验制备和试验方法

3.4 SHANSEP试验结果

3.5 小结

第四章不同应力水平下海相饱和软土单剪强度特性

4.1 概述

4.2 试验制备和试验方法

4.3 静单剪试验结果

4.4 循环单剪试验结果

4.5 小结

第五章 循环荷载作用下土体动力变形特征研究

5.1 概述

5.2 试样制备和试验方法

5.3 骨干曲线的变化特征

5.4 刚度软化特性

5.5 动模量及阻尼比特性

5.6 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢