CAS-1模拟月壤动剪切模量与阻尼比的试验研究

针对中国科学院地球化学研究所与国家天文台合作研制成功的CAS-1模拟月壤（国家标准试样）,利用GDS共振柱试验仪对模拟月壤开展动力学参数的试验研究,分析了不同孔隙比、不同围压对动剪切模量G及剪应变 的影响规律。试验结果表明,在应力水平很低、孔隙比较大的真实月面环境条件下,动剪切模量G较小,阻尼比 较大,且随着动剪应变 的增大,动剪切模量快速减小,阻尼比急剧增大。采用Hardin-Drnevich模型,得到了不同孔隙比、不同围压下归一化动剪模量G/Gmax与归一化阻尼比 / 随 变化的平均拟合曲线,探讨了最大动剪切模量Gmax、最大阻尼比 和参考剪应变 等动参数与应力水平 的相关关系式,并据此给出了月壤钻取采样深度（0～3 m）内Gmax、 和 的值域区间以及各剪应变对应的G/Gmax和 的推荐值。     

福州地区典型土动剪切模量与阻尼比的试验研究

通过对福州地区淤泥、淤泥质土、粉质黏土、粉质黏土与粉砂互层土、粉砂、残积土等6类典型土的共振柱试验,详细探讨了围压大小、土的性质对这6类典型土的动剪切模量G及阻尼比? 的影响。通过试验和理论分析,给出了福州地区6类典型土在不同围压下的G/Gmax和? /?max随? 变化的平均曲线及其参数的推荐值,并定量地给出围压对这6类典型土G/Gmax和? /?max随? 变化的平均曲线的参数的影响规律,对实际工程具有一定的借鉴作用。     

水泥土搅拌桩软土地基土体动力特性的共振柱试验研究

开展对水泥土搅拌桩软土地基土体试样的GDS（Global Distribution System）共振柱试验,研究不同剪应变、围压、水泥土置换率对土体动力特性的影响。结果表明,水泥土搅拌桩软土地基土体的动剪切模量G和阻尼比D随剪应变? 变化趋势与软黏土一致,在小应变范围内围压和置换率对土体的动剪切模量G和阻尼比D的影响显著,随着剪应变? 增大,围压和置换率的影响减弱;水泥土搅拌桩软土地基土体的最大动剪切模量Gmax与围压表现出良好的线性关系,围压越大,提高水泥土的置换率对土体最大动剪切模量Gmax增强效果越明显。研究结果可为地区水泥土搅拌桩软土地基土体动力参数的取值提供一定的参考。     

应力比与含水状态对松散堆积体动力参数及地表反应谱的影响

动剪切模量Gd与阻尼比D是岩土体地震反应分析的两个主要参数,而初始状态是动力参数主要影响因素之一。通过大型动三轴试验,研究了应力比与含水状态对松散堆积体Gd与D的影响。试验结果表明,应力比Kc对松散堆积体最大动剪切模量Gdmax有重要影响,一定范围内（Kc=1～3）,Kc越大,最大动剪切模量Gdmax越大,在Hardin公式基础上发展了一个考虑Kc影响的经验公式。对比松散堆积体饱和与风干两种状态的Gd/Gdmax-?dn（归一化动剪应变）关系曲线,发现风干状态下松散堆积体的Gd/Gdmax-?dn关系表现出更明显的非线性,另外风干状态阻尼比略大于饱和状态。应用改进的Gdmax经验公式与Gd/Gdmax-?dn关系进行了松散堆积体地表的地震反应谱分析,计算结果表明,应力比与含水状态对地表加速度反应谱有重要影响。     

断层泥动剪切模量和阻尼比影响因素试验研究

利用GDS共振柱试验系统对不同干密度、不同含水率的断层泥试样进行了动剪切模量和阻尼比试验研究。结果表明,使用Hardin-Drnevich双曲线模型能够较好地描述断层泥的动剪切模量随剪应变的变化趋势;随干密度增加,动剪切模量和阻尼比均增大;而随含水率增加,动剪切模量和阻尼比均减小;归一化动剪切模量试验点主要位于Seed和Idriss提出的砂土G/G_max～γ曲线变动范围内,且与Sun和Seed推荐黏性土曲线变化趋势一致;在半对数坐标系中,阻尼比与动剪应变呈良好的线性关系,并给出了拟合关系式。     

砂类土最大动剪切模量的新预测模型

根据不同级配的南沙和西沙群岛珊瑚砂最大动剪切模量G0的共振柱试验结果,发现相同有效围压 下不同级配、不同海洋珊瑚砂的G0分布范围存在上、下界限。最大孔隙比emax和最小孔隙比emin是可以综合反映砂类土级配和颗粒形状特性的状态参量,G0界限值与极限孔隙比（emax和emin）状态下的G0外推结果相吻合。相同的 下,珊瑚砂的G0下限值G0min随emax的增大而减小,G0上限值G0max随emin的增大而减小。根据不同 下G0min与emax及G0max与emin关系建立了预测珊瑚砂G0界限值的经验公式,不同孔隙比e状态下的G0可以根据界限值G0min、G0max按相对密实度Dr非线性插值获得。新的G0预测模型对同一类别、不同级配的砂土具有较好的普适性。对于不同类别的砂土,引入与矿物组分有关的系数a对模型进行修正,采用文献中大量的G0试验结果对模型进行了验证,新的G0预测模型的普适性明显优于传统Hardin模型。     

固结比对砂土动剪切模量及地表反应谱的影响

采用共振柱试验方法,研究了固结比对砂土最大动剪切模量以及对动剪切模量比与剪应变非线性关系的影响。通过土层地震反应计算,初步给出了这种影响对地表反应谱作用的估计。对福建标准砂和哈尔滨砂进行了系统试验,提出了计算不同固结比砂土最大动剪切模量的建议公式,公式显示固结比kc>1、最大动剪切模量较kc=1时的增长程度明显比Hardin公式要大。同时,给出了固结比对动剪切模量比与剪应变非线性关系及其对地表反应谱的影响。结果表明,固结比对砂土动剪切模量比与剪应变非线性关系有一定影响。随着固结比增加,模量比非线性关系曲线有一定提高,在强地震动作用下的土层反应分析中应考虑实际固结比的影响。     

深海超软土动剪切模量与阻尼比特性研究

海底表层的结构物在使用中可能受到动荷载作用,为保证其的长期稳定性,有必要对海床表层的深海超软土动力学特性展开研究。使用Anton Paar MCR302流变仪,采用应变控制模式,对含水率高于液限的深海超软土进行动态剪切测试,研究动态流变参数、动剪切模量G和阻尼比λ的变化规律。结果表明,随着剪切应变的增大,深海超软土的变形由可恢复的弹性变形主导逐渐过渡为不可恢复的黏性变形主导。通过建立动态流变参数与动剪切模量G和阻尼比λ的关系,探讨了深海超软土的动力特性。根据深海超软土动剪切模量G的变化特征,提出了峰值参考应变的概念,建立了最大动剪模量Gmax与归一化含水率w/w_p(w为含水率,w_p为塑性含水率)的关系。结果还显示,相较于常规黏土,深海超软土的G/G_max-γ(γ为剪切应变)曲线衰减较快,且受塑性指数影响较小。深海超软土的阻尼比整体偏高,并随剪切应变的增大快速上升。根据试验结果,给出描述深海超软土G/G_max-γ、λ-γ曲线的数学模型。     

固结比对黏性土动剪切模量影响的研究

采用共振柱试验方法,对固结比对黏性土最大动剪切模量和对动剪切模量比与剪应变非线性关系的影响进行了研究,并通过土层地震反应计算,初步给出了这种影响对地表反应谱作用的估计。通过对粉质黏土和粉土的系统试验,提出了计算不同固结比粉质黏土和粉土最大动剪切模量的建议公式,并与Hardin公式进行了对比。结果显示,固结比kc >1.0时的最大动剪切模量较kc=1.0时的增长程度明显比Hardin公式要大。与砂土试验结果相比,固结比对黏性土最大动剪切模量影响程度更大。同时,分析了固结比对动剪切模量比与剪应变非线性关系及对地表反应谱的影响。结果表明,固结比对黏性土动剪切模量比与剪应变非线性关系有一定影响,随固结比增加,动剪切模量比非线性关系曲线有一定提高,动剪切模量比值增大,在强地震动作用下的土层反应分析中应考虑实际固结比的影响。     

长江入海口原状土动剪切模量预测方法探究

为探究同一类原状土在各应变范围内动剪切模量G随土层深度H的变化规律,对长江入海口处同一钻孔自地表至基岩深度范围内原状粉质黏土与粉土展开系列共振柱试验。试验发现：原状粉质黏土与粉土在各应变范围内G均随H的增加而规律性增加,最大动剪切模量Gmax随H的增加而线性上升;G衰减关系随H的增加呈现规律性降低。试验结果表明：原状土G与土层深度H存在一定相关,据此提出了分别基于土层深度H和Hardin模型的G预测方法,用以预测各类原状土在不同深度下的Gmax及其在各应变范围内的G。通过3种预测方法的对比分析,得出基于土层深度H的G预测方法最具优势,并且通过对渤海海域原状土数据的重新处理进一步验证了该方法的适用性。     

低幅值小应变振动下土体弹性刚度的非线性特征与表述方法

随着高速铁路建设的兴起,轨道以及沿线附近建筑物承受低幅值小应变振动荷载的作用。对于小应变振动下土体的有限元计算,如何确定连接应力和应变之间纽带的刚度张量E,对于建立合理的预测模型来分析高速铁路轨道以及沿线建筑物的沉降变形至关重要。低幅值小应变振动下剪切模量G和阻尼比D随剪应变幅值的变化是反映土体刚度及阻尼特征最重要的两个参数。通过共振柱试验发现,振动荷载作用下土体的剪切模量G必须通过振动应变幅值和固结围压共同来确定,即使在小应变（剪应变幅值10-6相似文献   

互层土的动参数试验研究及其地震反应分析

通过对两个工程场地的淤泥质粉质粘土、粉土、粘土、粉细砂及粉土与（粉质）粘土、粘土与粉砂互层土的自振柱试验结果进行分析,给出了部分土的 - 和 - 曲线,与Seed和Idriss建议的砂土和粘性土的 - 和 - 曲线变化范围进行了对比;同时分析了这两个场地的地震反应,结果表明：在强震时互层土对地震波有很强的滤波作用,且互层土的最大剪应变远大于一般土,在水平地震作用下很容易接近或达到破坏状态。初步分析结果表明：互层土具有软土的动力特性,这主要是由互层土的特殊物理构造造成的,即在互层土中存在很密的水平薄弱面。     

Dynamic Properties of Soft Clay and Loose Sand from Seismic Centrifuge Tests

Appropriate evaluation of shear modulus and damping characteristics of soils subjected to dynamic loading is key to accurate seismic response analysis and soil modeling programs. Dynamic centrifuge experiments were conducted at C-CORE (Memorial University of Newfoundland) centrifuge center to investigate the dynamic properties and seismic response of soft clay and dry loose sand strata. Soft clay with shear strength of about 30 kPa and well graded silica sand at about 35% relative density were employed in a rigid container to simulate local site effects. Several earthquake-like shaking events were applied to the model to evaluate variation of shear modulus and damping ratio with shear strain amplitude and confining pressure, and to assess their effects on site response. The estimated modulus reduction and damping ratio were compared to the predictions of empirical formulae and resonant column tests for both soft clay and loose sand. The evaluated shear modulus and damping ratio were found to be dependent on confining pressure in both soil types. Modulus variation in both soils agreed well with the empirical curves and resonant column test results. However, the sand modulus values were slightly higher than the empirical relations and resonant column tests. This discrepancy is attributed to higher stress and densification of sand during large amplitude shaking applied to the model. The damping ratio at shear strains lower than 0.5% was in reasonable agreement with the empirical curves and the resonant column tests in both clay and sand models, but was generally higher at shear strain larger than 0.5%.     

材料状态对干砂小应变特性的影响

利用注能虚拟质量(EIVM)共振柱系统进行了干砂小应变特性试验,研究了有效平均正应力、土样密度、剪应变幅值以及荷载往复次数对剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明,剪切模量随有效平均正应力与土样密度的增加而增加,而阻尼比的变化规律则与之相反,并且有效平均正应力对干砂小应变特性的影响程度比土样密度的影响程度大得多;随着剪应变的增加,剪切模量越来越小,而阻尼比越来越大;荷载往复次数对剪切模量基本没有影响,而对阻尼比有较大影响。     

不排水循环荷载作用过程中累积孔压对细砂弹性剪切模量Gmax的影响

在土工结构物地震有效应力分析中,往往采用Hardin经验公式计算动荷作用过程中由于孔压变化对砂土初始弹性剪切模量Gmax的影响,但由于以往试验手段的限制,这种方法的有效性至今没有得到验证。为此,采用多功能三轴仪和压电陶瓷弯曲元剪切波速测试系统,研究了不排水循环荷载过程中孔压对细砂Gmax的影响。试验结果表明,细砂Gmax可由 Hardin型经验公式计算,但材料参数应通过试验确定;不排水循环荷载作用过程中,细砂Gmax随孔压上升而降低,其值可由其实际平均有效应力和固结后的孔隙比通过由试验得到的Hardin型经验公式计算。     

海洋沉积土动剪切模量与阻尼比的试验研究

动剪切模量和阻尼比是工程场地地震安全性评价及地基动力反应分析的重要动力学参数。为评价某海域海洋土的动力学特性,对10.3～84.2 m深度范围内的海底淤泥质粉质黏土、粉砂及细砂开展共振柱试验。利用双对数模型建立了最大动剪切模量随上覆压力的递增关系。研究发现,现有规范的剪切模量比与阻尼比的推荐取值并不适用于海洋沉积土,即使考虑借鉴以往研究成果也必须将其限制在一定的应变范围,并应考虑土体的天然应力状态取值。利用马丁-达维登科夫（Martin- Davidenkov）模型及阻尼比与剪应变的经验关系建立了剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化规律,并由此提出了适用于海洋沉积土的5×10-6～10-3应变范围内剪切模量比及阻尼比的推荐值。研究成果可为海洋工程场地的设计、施工及抗震分析提供技术参考依据。