近年来,我国东南沿海地区的高速交通路网和海洋建筑物的建设与日俱增,这些地区的软黏土层在沉积过程中形成了极强的结构性。在动力荷载作用下,由结构性黏土地基引起的工程问题也日益突出。虽然土体的动力特性研究由来已久,但是结构性黏土在循环荷载下的动力响应问题还缺乏系统研究。研究结构性黏土在循环荷载作用下的强度和变形规律不仅具有显著的科研价值,也具有实际的工程意义。本文针对上海软土层中强度最低的第(4)层淤泥质粉质黏土(以下简称为上海黏土),通过动三轴试验,得到了不同动应力幅值和加载频率作用下,上海原状黏土的强度、变形和孔压特性的变化规律。通过对比原状黏土和重塑黏土的常规固结试验、电子显微镜观察结果和动三轴试验,分析了结构性对黏土压缩性和颗粒排列的影响,以及循环荷载作用下的强度、变形和孔压的规律。通过数值模拟上海黏土的动三轴试验,得到了试验初始几何边界条件、加载条件和试样初始结构性对试样变形和孔压的影响规律。本文的主要研究内容及相关结论如下:(1)开展上海原状黏土动三轴试验,试验结果表明:动应力幅值的增大会加速土体变形和土体孔压发展,而加载频率的增加会增强土体的强度、延缓土体变形、抑制土体孔压发展。具体说明如下:动强度...方面,明确了上海原状黏土的临界动应力比在0.15和0.2之间;加载频率增加导致黏土的动强度曲线右移,土体的动强度增大;加载频率较低时(f=0.02Hz),阻尼比随轴向应变的增长先增加后减小,而加载频率较高时(f=0.5Hz和2Hz),阻尼比只随轴向应变的增长而衰减。动变形...方面,相同动应力幅值条件下,土体的轴向应变发展速率随加载频率的增加而减缓;相同加载频率条件下,轴向应变发展速率随动应力幅值的增加而加快。动孔压...方面,相同动应力幅值条件下,试样的振荡孔压和累积孔压的发展速率随加载频率的增加而减缓;相同加载频率条件下,试样的振荡孔压和累积孔压的发展速率随动应力幅值的增加而加快。(2)对比原状黏土和重塑黏土的异同,揭示结构性对黏土物理力学特性的影响规律。常规固结试验和电子显微镜观察结果表明,结构性导致颗粒间孔隙增多,土体压缩性增加。动三轴试验结果表明,结构性会增强土体动强度,减缓土体变形,抑制土体孔压发展。具体说明如下:动强度...方面,重塑黏土和原状黏土的临界动应力比相同;结构性将使土体的动强度曲线右移,即动强度增加,阻尼比衰减快,平均有效应力减少加速。动变形...方面,结构性引起更大的轴向应变,也导致了更快的轴向应变发展速率;但结构性不影响应变速率-应变曲线的拐点位置,后者主要取决于动应力比的大小。动孔压...方面,结构性将促进土体的累积孔压上升;而对振荡孔压发展的影响方面,在应变较小阶段结构性影响不大,但随着应变增加,结构性抑制振荡孔压增长(即原状样的振荡孔压稳定,而重塑样持续增加)。基于试验结果,可利用动强度曲线.....和累积孔压....-.轴向应变曲线......来评估土体结构性的强弱。(3)基于上海黏土的动三轴试验所揭示的动应力幅值和加载频率对剪切模量衰减的影响规律,提出了新的剪切模量衰减模型,并验证该模型对其他黏土的适用性。具体说明如下:剪切模量衰减系数是衡量土体剪切模量衰减程度的指标。动三轴试验揭示了剪切模量衰减系数在半对数坐标系中随着循环次数的增加而线性减小,在笛卡尔坐标系中随着动应力比的增加而线性减小,在对数坐标系中随着加载频率的增加而线性增大。基于上述结论,建立了新的剪切模量衰减模型。该模型准确地反映了循环次数、动应力比和加载频率对模量衰减的影响。通过四种其他地区塑性指数各异的黏土动三轴试验数据验证了模型的准确性和适用性。而且预测土体在不同加载条件下剪切模量衰减时,新模型只需要一组参数。(4)开展基于弹塑性本构模型的完全水土耦合有限元计算,结果表明:与光滑边界相比,采用摩擦边界的模拟结果更接近实际试验结果,动应力幅值和加载频率的增加导致试样内剪切带范围增加,初始结构性有利于试样内剪切带的形成。具体说明如下:在试验初始..几何边界....条件..方面,低加载频率(f=0.02Hz)下,试样的初始几何缺陷(初始点缺陷、初始单边不均匀、初始双边不均匀),对试样整体的变形和孔压基本无影响,但会引起竖向应变和孔压在缺陷处出现极值,试样在缺陷处首先发生破坏。加载条件....方面,动应力幅值的增加,会加剧试样内孔压分布的不均匀,并导致试样内剪切带范围的增加;加载频率的增加(f=0.02Hz增加至2Hz),会引起试样中部和试样边缘孔压差异增大,试样内剪切带的范围增加;相同动应力比下,固结围压的改变,对试样内孔压分布规律基本无影响,随着固结围压的增加,试样内剪切带的范围逐渐减小,试样的动强度增大。在试样初始结构性.....方面,初始结构性导致试样内孔压分布不均匀,并促进试样内剪切带的形成,使试样发生局部破坏;而无结构性的试样,试样内孔压分布均匀,不会出现明显的剪切带,试样发生整体破坏。