干砂小應變動力特性試驗研究.pdf

1、土體的動力特性問題一直是巖土工程領域的重要課題，深入研究土體動力特性的內在機理，對于研究土工建（構）筑物的抗震性能與災變行為、發(fā)展重大工程災變評價方法與控制技術、實現基礎設施的安全服役等具有重大意義。小應變剪切模量是土體動力特性的重要參數之一。實驗室測試土體小應變剪切模量的方法大致可以分為三類:靜力法、動力法以及波動法。靜力法以高精度三軸試驗和高精度循環(huán)扭剪試驗為代表，根據動應力和動應變關系的滯回曲線，求出各項參數指標。動力法以共振柱為

2、代表，通過儀器驅動系統(tǒng)對試樣施加不同頻率的激振來獲取土體的共振（固有）頻率，然后根據動力學理論計算土體的剪切模量。波動法以彎曲元為代表，通過測定剪切波在試樣中的傳播速度，基于彈性波動理論計算土體的剪切模量。靜力法在計算動剪切模量時，需假定泊松比不變的情況下進行轉換，這與實際情況不符，因此還有待于進一步研究。共振柱法是國際上公認的最可靠的測試土體小應變剪切模量方法。彎曲元法具有原理明確、操作簡便、成本經濟、無損測試和方便移植等特點，可與現

3、有的絕大部分土工設備相結合，具有良好的應用潛力，但在如何準確的確定剪切波的到達時間方面尚存在一定的爭議。
　　本文以干砂為研究對象，基于共振柱儀公認的可靠性，將彎曲元與共振柱儀兩種設備相結合，改造了一套彎曲元—共振柱聯合試驗儀，利用新改造的設備對彎曲元測試結果進行標定，探求利用彎曲元測定土體小應變剪切模量的可靠試驗方法，并對干砂的小應變動力特性展開了研究，研究內容如下:
　　1.從結構組成和工作原理角度，對彎曲元與共振柱儀進

4、行了介紹，分析了二者在小應變測試方面的優(yōu)點與不足，闡明了用共振柱標定彎曲元的必要性及理論基礎。
　　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—共振柱聯合試驗儀，實現了利用彎曲元和共振柱對同一個試祥開展試驗，并設計了一個標定墊片，解決了帶有彎曲元的共振柱儀標定問題。
　　3.以粒徑范圍為0.075mm～1mm的福建標準砂為研究對象，基于彎曲元設備，研究了剪切波激發(fā)頻率對接收波信號質量的影響，以及三

5、軸樣品邊界條件對剪切波測試結果的影響。
　　4.基于彎曲元—共振柱聯合試驗儀，對干砂試樣開展試驗，驗證了采用初達波法確定彎曲元剪切波傳播時間的可靠性，并得出以接收波主峰（即振幅最大峰）的前一個峰的起跳點位置作為接收波的初始到達位置最為準確，即與共振柱試驗標定值最為接近。通過粒徑范圍為1～2mm的福建標準砂干砂試樣、2mm直徑正圓玻璃珠以及1mm直徑正圓小鋼珠的彎曲元—共振柱聯合試驗，驗證了該方法對于不同級配、不同材質以及不同顆粒形

6、狀的干試樣具有普遍適用性。針對利用彎曲元測定土體小應變剪切模量的試驗方法，從頻率和邊界的選擇以及剪切波傳播時間判定等方面提出了合理化建議。
　　5.利用改造的新設備，對干砂的動力特性展開研究，結果發(fā)現:
　　福建標準砂干砂最大剪切模量的變化與有效圍壓、相對密實度的變化均成正相關關系，與相對密實度相比，有效圍壓對最大剪切模量的影響更大;在同一相對密實度與有效圍壓下，剪切模量與動應變幅值的變化關系符合斜率為負值的線性函數，動應變