科研進(jìn)展
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(jié)構(gòu)物如擋墻、地基等常處于小應(yīng)變狀態(tài)(<0.1%),因此土體的變形特性受到越來越多的關(guān)注。土體小應(yīng)變剪切模量是分析土體或土工結(jié)構(gòu)物變形特性和動荷載作用下場地動反應(yīng)所需的關(guān)鍵參數(shù),隨著變形的增大,小應(yīng)變剪切模量通常表現(xiàn)出非線性衰減特性。目前多采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)P蛠砻枋鐾馏w小應(yīng)變剪切模量的非線性衰減特性,缺乏對土體小應(yīng)變剪切模量非線性衰減機(jī)理的研究。另外,改性膨脹土通??勺鳛榻ㄖ牧箱佋O(shè)路基,為此需要針對性研究交通動荷載下改性膨脹土小應(yīng)變剪切模量的非線性衰減特性。
中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所特殊土土力學(xué)組研究團(tuán)隊(duì)通過共振柱試驗(yàn)系統(tǒng)研究了土體結(jié)構(gòu)、平均有效應(yīng)力、加卸載應(yīng)力路徑和振動循環(huán)次數(shù)對膨脹土小應(yīng)變剪切模量的影響,揭示了土體小應(yīng)變剪切模量的非線性衰減規(guī)律,并提出了反映土體小應(yīng)變剪切模量演化規(guī)律的統(tǒng)一損傷模型。同時,采用石灰對膨脹土進(jìn)行改性,研究了石灰改性膨脹土小應(yīng)變剪切模量的非線性衰減特性。研究發(fā)現(xiàn)土體小應(yīng)變剪切模量的非線性衰減特性本質(zhì)上可看作是土體變形導(dǎo)致的損傷行為,且土體小應(yīng)變剪切模量的非線性衰減規(guī)律均可通過統(tǒng)一損傷模型進(jìn)行描述。石灰能夠很好地提升膨脹土的小應(yīng)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(jìn)行處理。該研究可為小應(yīng)變范圍內(nèi)巖土工程變形分析提供理論和實(shí)際指導(dǎo)。
相關(guān)研究成果近期發(fā)表于Engineering Geology和Journal of Soils and Sediments期刊上。研究工作獲得國家重點(diǎn)研發(fā)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(yīng)變剪切模量衰減規(guī)律
圖2 損傷模型結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較
圖3 石灰改性膨脹土小應(yīng)變剪切模量衰減特性
圖4 石灰改性膨脹土微觀結(jié)構(gòu)特征