干砂小应变动力特性试验研究

发布时间：2020-08-22 04:26

【摘要】：土体的动力特性问题一直是岩土工程领域的重要课题,深入研究土体动力特性的内在机理,对于研究土工建(构)筑物的抗震性能与灾变行为、发展重大工程灾变评价方法与控制技术、实现基础设施的安全服役等具有重大意义。小应变剪切模量是土体动力特性的重要参数之一。实验室测试土体小应变剪切模量的方法大致可以分为三类:静力法、动力法以及波动法。静力法以高精度三轴试验和高精度循环扭剪试验为代表,根据动应力和动应变关系的滞回曲线,求出各项参数指标。动力法以共振柱为代表,通过仪器驱动系统对试样施加不同频率的激振来获取土体的共振(固有)频率,然后根据动力学理论计算土体的剪切模量。波动法以弯曲元为代表,通过测定剪切波在试样中的传播速度,基于弹性波动理论计算土体的剪切模量。静力法在计算动剪切模量时,需假定泊松比不变的情况下进行转换,这与实际情况不符,因此还有待于进一步研究。共振柱法是国际上公认的最可靠的测试土体小应变剪切模量方法。弯曲元法具有原理明确、操作简便、成本经济、无损测试和方便移植等特点,可与现有的绝大部分土工设备相结合,具有良好的应用潜力,但在如何准确的确定剪切波的到达时间方面尚存在一定的争议。本文以干砂为研究对象,基于共振柱仪公认的可靠性,将弯曲元与共振柱仪两种设备相结合,改造了一套弯曲元—共振柱联合试验仪,利用新改造的设备对弯曲元测试结果进行标定,探求利用弯曲元测定土体小应变剪切模量的可靠试验方法,并对干砂的小应变动力特性展开了研究,研究内容如下:1.从结构组成和工作原理角度,对弯曲元与共振柱仪进行了介绍,分析了二者在小应变测试方面的优点与不足,阐明了用共振柱标定弯曲元的必要性及理论基础。2.通过将弯曲元植入共振柱仪的试样顶帽与底座的中心处,改造了一套弯曲元—共振柱联合试验仪,实现了利用弯曲元和共振柱对同一个试样开展试验,并设计了一个标定垫片,解决了带有弯曲元的共振柱仪标定问题。3.以粒径范围为0.075mm~1mm的福建标准砂为研究对象,基于弯曲元设备,研究了剪切波激发频率对接收波信号质量的影响,以及三轴样品边界条件对剪切波测试结果的影响。4.基于弯曲元—共振柱联合试验仪,对干砂试样开展试验,验证了采用初达波法确定弯曲元剪切波传播时间的可靠性,并得出以接收波主峰(即振幅最大峰)的前一个峰的起跳点位置作为接收波的初始到达位置最为准确,即与共振柱试验标定值最为接近。通过粒径范围为1~2mm的福建标准砂干砂试样、2mm直径正圆玻璃珠以及1mm直径正圆小钢珠的弯曲元—共振柱联合试验,验证了该方法对于不同级配、不同材质以及不同颗粒形状的干试样具有普遍适用性。针对利用弯曲元测定土体小应变剪切模量的试验方法,从频率和边界的选择以及剪切波传播时间判定等方面提出了合理化建议。5.利用改造的新设备,对干砂的动力特性展开研究,结果发现:福建标准砂干砂最大剪切模量的变化与有效围压、相对密实度的变化均成正相关关系,与相对密实度相比,有效围压对最大剪切模量的影响更大;在同一相对密实度与有效围压下,剪切模量与动应变幅值的变化关系符合斜率为负值的线性函数,动应变幅值变化对剪切模量的影响程度会随着有效围压的升高而降低;此外阻尼比的变化与有效围压的变化成负相关关系,在同一相对密实度且同一有效围压下,阻尼比与动应变幅值的变化关系符合斜率为正值的线性函数,随着有效围压的升高阻尼比对有效围压的变化逐渐不敏感。此外低有效围压下阻尼比对动应变幅值的敏感性要高于高有效围压时。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU441
【图文】：

波浪荷载、风荷载、交通荷载、机械振动荷载、施工，岩土体会产生变形、强度及稳定性下降等问题，这安全、稳定和正常使用至关重要[1-3]。要的地震活动带有三个，环太平洋地震带是其中最大震都发生在该地震带，欧亚地震带则发生了全球 15%震带之间，地震活动十分频繁。我国境内的地震活动度浅、地震发生区域分布广以及地震强度大等特点。发生近 800 次强震（震级 6 级及以上），遍布除香港外的全国绝大部分地区，据统计我国有高达 55 万人直害，占全球因地震死亡人数一半以上，我国历史发生。建国以来，全国发生了 100 多次破坏性地震，波及了），因地震死亡的人数占同期全国各类灾害致死人数的经济损失更是数以亿万计，长期以来地震灾害一直是因素之一[4-7]。

图 2 地震引起的建筑物倒塌Fig.1 The collapse of buildings caused by the earthquake是国民经济中基础性、先导性、战略性产业，随着我市化进程的稳步推进，对交通领域发展的要求越来越期间，我国在交通运输领域取得了巨大的成就，期间基础建设投资，投资完成规模达到“十一五”时期的路、城市轨道交通等运营里程以及万吨级海港数量全运输领域改革的顺利进行，以及全面建成小康社会的间，交通运输领域必将获得更大的发展，我国“十三

图 2 地震引起的建筑物倒塌Fig.1 The collapse of buildings caused by the earthquake输是国民经济中基础性、先导性、战略性产业，随着我国城市化进程的稳步推进，对交通领域发展的要求越来越高五”期间，我国在交通运输领域取得了巨大的成就，期间累通基础建设投资，投资完成规模达到“十一五”时期的 公路、城市轨道交通等运营里程以及万吨级海港数量全线通运输领域改革的顺利进行，以及全面建成小康社会的客期间，交通运输领域必将获得更大的发展，我国“十三五。

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 杜修力;路德春;;土动力学与岩土地震工程研究进展[J];岩土力学;2011年S2期

2 王德咏;罗先启;;基于表面波法的剪切波速测试与场地土液化判别[J];世界地震工程;2010年S1期

3 陈云敏;周燕国;黄博;;利用弯曲元测试砂土剪切模量的国际平行试验[J];岩土工程学报;2006年07期

4 边学成,陈云敏;列车荷载作用下轨道和地基的动响应分析[J];力学学报;2005年04期

5 李卫平;1996～2003年全世界灾害地震统计分析[J];华北地震科学;2005年02期

6 姬美秀,陈云敏,黄博;弯曲元试验高精度测试土样剪切波速方法[J];岩土工程学报;2003年06期

7 黄博,殷建华,陈云敏,吴世明;压电陶瓷弯曲元法测试土样弹性剪切模量[J];振动工程学报;2001年02期

8 黄博,陈云敏,殷建华,吴世明;控制试样初始剪切模量的动三轴液化试验[J];岩土工程学报;2000年06期

9 赵荣国，李卫平，陈锦标;世界地震灾害损失的统计[J];国际地震动态;1996年12期

10 祝龙根;徐存森;;共振柱仪及其在工程中的应用[J];大坝观测与土工测试;1993年01期

相关博士学位论文 前5条

1 孙奇;复杂应力路径下饱和砂土动力特性试验研究[D];浙江大学;2015年

2 董全杨;饱和砂土小应变动力特性试验研究[D];浙江大学;2014年

3 周燕国;土结构性的剪切波速表征及对动力特性的影响[D];浙江大学;2007年

4 孙静;岩土动剪切模量阻尼试验及应用研究[D];中国地震局工程力学研究所;2004年

5 郭莹;复杂应力条件下饱和松砂的不排水动力特性试验研究[D];大连理工大学;2003年

相关硕士学位论文 前1条

1 陈光仔;时间效应对土体小应变动力特性影响及其细观机理研究[D];浙江大学;2013年

本文编号：2800261