干砂小應(yīng)變動(dòng)力特性試驗(yàn)研究.pdf

1、土體的動(dòng)力特性問題一直是巖土工程領(lǐng)域的重要課題，深入研究土體動(dòng)力特性的內(nèi)在機(jī)理，對(duì)于研究土工建（構(gòu)）筑物的抗震性能與災(zāi)變行為、發(fā)展重大工程災(zāi)變?cè)u(píng)價(jià)方法與控制技術(shù)、實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的安全服役等具有重大意義。小應(yīng)變剪切模量是土體動(dòng)力特性的重要參數(shù)之一。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試土體小應(yīng)變剪切模量的方法大致可以分為三類:靜力法、動(dòng)力法以及波動(dòng)法。靜力法以高精度三軸試驗(yàn)和高精度循環(huán)扭剪試驗(yàn)為代表，根據(jù)動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)變關(guān)系的滯回曲線，求出各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。動(dòng)力法以共振柱為

2、代表，通過儀器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)試樣施加不同頻率的激振來(lái)獲取土體的共振（固有）頻率，然后根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算土體的剪切模量。波動(dòng)法以彎曲元為代表，通過測(cè)定剪切波在試樣中的傳播速度，基于彈性波動(dòng)理論計(jì)算土體的剪切模量。靜力法在計(jì)算動(dòng)剪切模量時(shí)，需假定泊松比不變的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這與實(shí)際情況不符，因此還有待于進(jìn)一步研究。共振柱法是國(guó)際上公認(rèn)的最可靠的測(cè)試土體小應(yīng)變剪切模量方法。彎曲元法具有原理明確、操作簡(jiǎn)便、成本經(jīng)濟(jì)、無(wú)損測(cè)試和方便移植等特點(diǎn)，可與現(xiàn)

3、有的絕大部分土工設(shè)備相結(jié)合，具有良好的應(yīng)用潛力，但在如何準(zhǔn)確的確定剪切波的到達(dá)時(shí)間方面尚存在一定的爭(zhēng)議。
　　本文以干砂為研究對(duì)象，基于共振柱儀公認(rèn)的可靠性，將彎曲元與共振柱儀兩種設(shè)備相結(jié)合，改造了一套彎曲元—共振柱聯(lián)合試驗(yàn)儀，利用新改造的設(shè)備對(duì)彎曲元測(cè)試結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定，探求利用彎曲元測(cè)定土體小應(yīng)變剪切模量的可靠試驗(yàn)方法，并對(duì)干砂的小應(yīng)變動(dòng)力特性展開了研究，研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.從結(jié)構(gòu)組成和工作原理角度，對(duì)彎曲元與共振柱儀進(jìn)

4、行了介紹，分析了二者在小應(yīng)變測(cè)試方面的優(yōu)點(diǎn)與不足，闡明了用共振柱標(biāo)定彎曲元的必要性及理論基礎(chǔ)。
　　2.通過將彎曲元植入共振柱儀的試樣頂帽與底座的中心處，改造了一套彎曲元—共振柱聯(lián)合試驗(yàn)儀，實(shí)現(xiàn)了利用彎曲元和共振柱對(duì)同一個(gè)試祥開展試驗(yàn)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)標(biāo)定墊片，解決了帶有彎曲元的共振柱儀標(biāo)定問題。
　　3.以粒徑范圍為0.075mm～1mm的福建標(biāo)準(zhǔn)砂為研究對(duì)象，基于彎曲元設(shè)備，研究了剪切波激發(fā)頻率對(duì)接收波信號(hào)質(zhì)量的影響，以及三

5、軸樣品邊界條件對(duì)剪切波測(cè)試結(jié)果的影響。
　　4.基于彎曲元—共振柱聯(lián)合試驗(yàn)儀，對(duì)干砂試樣開展試驗(yàn)，驗(yàn)證了采用初達(dá)波法確定彎曲元剪切波傳播時(shí)間的可靠性，并得出以接收波主峰（即振幅最大峰）的前一個(gè)峰的起跳點(diǎn)位置作為接收波的初始到達(dá)位置最為準(zhǔn)確，即與共振柱試驗(yàn)標(biāo)定值最為接近。通過粒徑范圍為1～2mm的福建標(biāo)準(zhǔn)砂干砂試樣、2mm直徑正圓玻璃珠以及1mm直徑正圓小鋼珠的彎曲元—共振柱聯(lián)合試驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法對(duì)于不同級(jí)配、不同材質(zhì)以及不同顆粒形

6、狀的干試樣具有普遍適用性。針對(duì)利用彎曲元測(cè)定土體小應(yīng)變剪切模量的試驗(yàn)方法，從頻率和邊界的選擇以及剪切波傳播時(shí)間判定等方面提出了合理化建議。
　　5.利用改造的新設(shè)備，對(duì)干砂的動(dòng)力特性展開研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　福建標(biāo)準(zhǔn)砂干砂最大剪切模量的變化與有效圍壓、相對(duì)密實(shí)度的變化均成正相關(guān)關(guān)系，與相對(duì)密實(shí)度相比，有效圍壓對(duì)最大剪切模量的影響更大;在同一相對(duì)密實(shí)度與有效圍壓下，剪切模量與動(dòng)應(yīng)變幅值的變化關(guān)系符合斜率為負(fù)值的線性函數(shù)，動(dòng)應(yīng)變