黄土的湿-震作用动力特性试验研究
发布时间：2021-07-01 08:23
本文采用新型动单剪仪对原状黄土进行动力试验研究。研究了含水率、压缩应力对原状黄土动应力-应变关系以及动剪切模量、阻尼比和动强度的影响规律,得出了动剪切模量、阻尼比的经验公式。分析了物性条件、静力条件以及动力条件变化对兰州黄土震陷变形的影响,建立了结构性黄土的震陷系数经验公式。进而研究了一定条件下黄土的增湿-震陷总变形特性规律。本文得到以下结论:（1）黄土的动应力-动应变曲线符合双曲线函数。动剪应力随着动剪应变的增大呈非线性增长,最终趋于平缓。含水率越大,曲线越低;压缩应力越大,曲线越高。（2）黄土的动剪切模量随动剪应变的发展呈非线性减小态势。含水率和压缩应力对动剪切模量的影响明显,最终建立了 Hardin-Drnevich双曲线模型中动剪切模量随压缩应力、构度和动剪应变变化的经验公式。（3）黄土的阻尼比随动剪应变的增大而增大。含水率越高,阻尼比越大;压缩应力对阻尼比影响不太明显。（4）黄土的动强度随振次的增大而减小。含水率越高,动强度值越小;压缩应力越大,动强度越大。（5）物性条件、静力条件以及动力条件变化对黄土震陷变形的影响明显。震陷系数随含水率、循环次数及剪应变的增大而增大,随压缩...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
动单剪仪Figure2-1.Dynamicsingleshearinstrument
与侧限板之间的摩擦作用；剪切方向上侧限板随滚动底板的平行运动使得试样剪应变分布均匀。乳胶膜内依次装入下透水板、试样、上透水板，试验中可以利用上、下透水板以及设置预留水孔的试样帽实现增湿、排水、基质吸力条件的控制。利用轴承将水平方向侧限板限制在水平向运动滑移板上；利用螺栓将与水平正交方向的侧限栅条板限制在支架板。四周刚性约束均可利用螺丝调节、固定与土样的位移，以此来确保测量的震陷变形更加准确。侧限栅条板为水平向的密集栅条，与试样受剪应力方向一致，故可减小试验过程中摩阻力产生的误差。图2-2.压力室机构拆卸及组装图Figure2-2.Disassemblyandassemblydiagramofpressurechambermechanism压力室的主要改进之处在于侧限条件的优化。由原有的竖向缝隙间隔栅条改进为水平向滚珠密封栅条。如图2-2可以看出，试样的四周侧限是可以拆卸移动的，剪切方向的侧限刚性板均可以通过四个螺栓推动刚性板与试样两侧紧密接触，而平行于剪切方向的侧限栅条板同样可以推动栅条板与试样的另外两侧紧密接触，然后固定侧限板，保证试样与四周侧限板良好接触，这样就解决了原有动单剪仪侧限刚性板完全固定与试样接触不良的问题。特别是侧限栅条板将竖向栅条改进为水平向的密集栅条，作用试样上的剪应力分布均匀。这一改进使试样的受力状态更加符合地震波以动剪应力为主的特性，大大减小了仪器的摩阻力，以便得出更准确的试验结果。
2.试验仪器与试验方法9图2-3.压力室机构详解图Figure2-3.Detaileddiagramofthepressurechambermechanism其中A.压帽、B.顶板螺孔、C.轴承、D.侧板、E.底板、F.试件座、G.滚动栅条、H.水平导轨、I.底板螺栓、J.下透水板、K.水平加载板、L.上透水板、M.轴承孔、N.试样、O.排水孔、P.侧限螺孔、Q.乳胶膜、R.进水孔。2.2试验土样与试样应力状态2.2.1试验土样本试验所用土样取自兰州某黄土边坡场地，属于Q3黄土。在取土过程中，削出近似规则形状土块，从探井中用竹篮缓慢吊起，以避免对原状土的扰动，之后快速用削土刀稍作削平，立即用黑色塑料裹土袋进行包装，最后用透明胶带缠绕整个裹土袋，避免含水量的流失，整个土块运输过程尽量保证土块不受外界因素扰动。测定试验用土的基本物理性质参数如表2-1。表2-1试验用土的基本物性指标Table2-1Basicphysicalpropertiesoftestsoil天然密度/(g·cm-3)含水率w/%干密度d/(g·cm-3)液限lw/%塑限pw/%塑性指数pI/%土粒比重Gs孔隙比e01.402.11.3725.715.99.82.70.97本文采用边长为7cm的立方体原状试样进行试验。制样采用定制的削样器切削而成。由于本次试验土样的天然含水率较低，根据试验要求，在制成7cm×7cm×7cm立方体试样后，将采用水膜转移法对试样的含水率进行调节，试样达到目标含水率（8%）时用塑料薄膜完全包裹，之后将其放入保湿缸内搁置一周左右，等试样内的水分扩散均匀后可以用于试验。
【参考文献】：
期刊论文
[1]强震作用下抗震陷黄土改良地基的微观特征分析[J]. 许书雅,王平,钟秀梅,王会娟,于一帆,刘红枚. 地震工程学报. 2019(03)
[2]黄土工程灾变机理研究综述[J]. 王云南,刘争宏,曹杰. 西北水电. 2018(01)
[3]双向动荷载下振动频率对黄土动力特性的影响[J]. 徐鹏,骆亚生,李焱,刘紫韦. 人民长江. 2018(03)
[4]剪切波速和含水率双指标评价黄土震陷[J]. 张晴毅,李明永,王峻,苏永奇,陈永明,马紫娟. 地震工程学报. 2017(02)
[5]黄土场地震陷的灾害特征及成因研究综述[J]. 王强,邵生俊,王峻,张振中. 地震研究. 2016(04)
[6]基于含水率变化的黄土场地震陷评价预测[J]. 王峻,王强,杨宝平,钟秀梅,王谦,王平,柴少峰. 岩石力学与工程学报. 2015(10)
[7]随机地震荷载作用下高速铁路黄土路基震陷试验分析[J]. 王峻,王谦,王兰民,王平,柴少峰. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[8]甘南地区黄土残余应变特征研究和震陷灾害区划[J]. 吴志坚,张泽忠,王平,曾立峰. 岩土工程学报. 2013(S1)
[9]黄土震陷研究及相关问题探讨[J]. 王强,孙军杰,王兰民. 中国地震. 2012(04)
[10]基于物理力学机制的黄土震陷数学估算模型[J]. 孙军杰,王兰民,秋仁东,王峻. 工程力学. 2012(05)
博士论文
[1]黄土的震陷特性及场地震陷分析评价方法研究[D]. 王强.西安理工大学 2017
[2]黄土微观结构的区域成土环境与震害机理研究[D]. 邓津.兰州大学 2009
[3]非饱和黄土在动、静复杂应力条件下的结构变化特性及结构性本构关系研究[D]. 骆亚生.西安理工大学 2005
硕士论文
[1]兰州非饱和黄土震陷特性试验研究[D]. 赵雨瑶.西安理工大学 2019
[2]非饱和黄土震陷变形的动单剪试验研究[D]. 吴飞洁.西安理工大学 2017
[3]关中地区黄土的震陷特性研究[D]. 竹霞.长安大学 2011
[4]宝鸡市台塬黄土震陷特性研究[D]. 郭乐.西北大学 2010
[5]不同湿度原状黄土静、动力学特性及其与结构性关系研究[D]. 高鹏.西安理工大学 2006
本文编号：3258794
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
动单剪仪Figure2-1.Dynamicsingleshearinstrument
与侧限板之间的摩擦作用；剪切方向上侧限板随滚动底板的平行运动使得试样剪应变分布均匀。乳胶膜内依次装入下透水板、试样、上透水板，试验中可以利用上、下透水板以及设置预留水孔的试样帽实现增湿、排水、基质吸力条件的控制。利用轴承将水平方向侧限板限制在水平向运动滑移板上；利用螺栓将与水平正交方向的侧限栅条板限制在支架板。四周刚性约束均可利用螺丝调节、固定与土样的位移，以此来确保测量的震陷变形更加准确。侧限栅条板为水平向的密集栅条，与试样受剪应力方向一致，故可减小试验过程中摩阻力产生的误差。图2-2.压力室机构拆卸及组装图Figure2-2.Disassemblyandassemblydiagramofpressurechambermechanism压力室的主要改进之处在于侧限条件的优化。由原有的竖向缝隙间隔栅条改进为水平向滚珠密封栅条。如图2-2可以看出，试样的四周侧限是可以拆卸移动的，剪切方向的侧限刚性板均可以通过四个螺栓推动刚性板与试样两侧紧密接触，而平行于剪切方向的侧限栅条板同样可以推动栅条板与试样的另外两侧紧密接触，然后固定侧限板，保证试样与四周侧限板良好接触，这样就解决了原有动单剪仪侧限刚性板完全固定与试样接触不良的问题。特别是侧限栅条板将竖向栅条改进为水平向的密集栅条，作用试样上的剪应力分布均匀。这一改进使试样的受力状态更加符合地震波以动剪应力为主的特性，大大减小了仪器的摩阻力，以便得出更准确的试验结果。
2.试验仪器与试验方法9图2-3.压力室机构详解图Figure2-3.Detaileddiagramofthepressurechambermechanism其中A.压帽、B.顶板螺孔、C.轴承、D.侧板、E.底板、F.试件座、G.滚动栅条、H.水平导轨、I.底板螺栓、J.下透水板、K.水平加载板、L.上透水板、M.轴承孔、N.试样、O.排水孔、P.侧限螺孔、Q.乳胶膜、R.进水孔。2.2试验土样与试样应力状态2.2.1试验土样本试验所用土样取自兰州某黄土边坡场地，属于Q3黄土。在取土过程中，削出近似规则形状土块，从探井中用竹篮缓慢吊起，以避免对原状土的扰动，之后快速用削土刀稍作削平，立即用黑色塑料裹土袋进行包装，最后用透明胶带缠绕整个裹土袋，避免含水量的流失，整个土块运输过程尽量保证土块不受外界因素扰动。测定试验用土的基本物理性质参数如表2-1。表2-1试验用土的基本物性指标Table2-1Basicphysicalpropertiesoftestsoil天然密度/(g·cm-3)含水率w/%干密度d/(g·cm-3)液限lw/%塑限pw/%塑性指数pI/%土粒比重Gs孔隙比e01.402.11.3725.715.99.82.70.97本文采用边长为7cm的立方体原状试样进行试验。制样采用定制的削样器切削而成。由于本次试验土样的天然含水率较低，根据试验要求，在制成7cm×7cm×7cm立方体试样后，将采用水膜转移法对试样的含水率进行调节，试样达到目标含水率（8%）时用塑料薄膜完全包裹，之后将其放入保湿缸内搁置一周左右，等试样内的水分扩散均匀后可以用于试验。
【参考文献】：
期刊论文
[1]强震作用下抗震陷黄土改良地基的微观特征分析[J]. 许书雅,王平,钟秀梅,王会娟,于一帆,刘红枚. 地震工程学报. 2019(03)
[2]黄土工程灾变机理研究综述[J]. 王云南,刘争宏,曹杰. 西北水电. 2018(01)
[3]双向动荷载下振动频率对黄土动力特性的影响[J]. 徐鹏,骆亚生,李焱,刘紫韦. 人民长江. 2018(03)
[4]剪切波速和含水率双指标评价黄土震陷[J]. 张晴毅,李明永,王峻,苏永奇,陈永明,马紫娟. 地震工程学报. 2017(02)
[5]黄土场地震陷的灾害特征及成因研究综述[J]. 王强,邵生俊,王峻,张振中. 地震研究. 2016(04)
[6]基于含水率变化的黄土场地震陷评价预测[J]. 王峻,王强,杨宝平,钟秀梅,王谦,王平,柴少峰. 岩石力学与工程学报. 2015(10)
[7]随机地震荷载作用下高速铁路黄土路基震陷试验分析[J]. 王峻,王谦,王兰民,王平,柴少峰. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[8]甘南地区黄土残余应变特征研究和震陷灾害区划[J]. 吴志坚,张泽忠,王平,曾立峰. 岩土工程学报. 2013(S1)
[9]黄土震陷研究及相关问题探讨[J]. 王强,孙军杰,王兰民. 中国地震. 2012(04)
[10]基于物理力学机制的黄土震陷数学估算模型[J]. 孙军杰,王兰民,秋仁东,王峻. 工程力学. 2012(05)
博士论文
[1]黄土的震陷特性及场地震陷分析评价方法研究[D]. 王强.西安理工大学 2017
[2]黄土微观结构的区域成土环境与震害机理研究[D]. 邓津.兰州大学 2009
[3]非饱和黄土在动、静复杂应力条件下的结构变化特性及结构性本构关系研究[D]. 骆亚生.西安理工大学 2005
硕士论文
[1]兰州非饱和黄土震陷特性试验研究[D]. 赵雨瑶.西安理工大学 2019
[2]非饱和黄土震陷变形的动单剪试验研究[D]. 吴飞洁.西安理工大学 2017
[3]关中地区黄土的震陷特性研究[D]. 竹霞.长安大学 2011
[4]宝鸡市台塬黄土震陷特性研究[D]. 郭乐.西北大学 2010
[5]不同湿度原状黄土静、动力学特性及其与结构性关系研究[D]. 高鹏.西安理工大学 2006
本文编号：3258794
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