常规土类动剪切模量比和阻尼比试验研究

采用共振柱自振试验方法给出国内常规土类动剪切模量比G／Gmax和阻尼比λ变化的平均曲线,推荐值和包线,使用的共振仪是由工种力学研究所原有共振柱改装而成,并经试验验证了改装后仪器的精度可靠性,试验土类包括粘土,粉质土,粉土,砂土,淤泥和淤泥质土,土样来自国内十余个不同地区,采用折线双曲线拟合G／Gmax,λ随γ衰减关系,其中参数a和b由最小二乘法对每次试验结果回归分析得到,对同类土,将所有的a,b 值平均,用均值a和b给出动剪切模量比和阻尼比与剪应变关系,从而得到了此类土G/Gmax,λ随γ变化曲线及推荐值,试验是在两种固结压力下进行,因而得到的结构分别适用于土体埋深小于10m和埋深10m-20m之间的两种情况。     

南京细砂动剪切模量和阻尼比的试验研究

动剪切模量和阻尼比是重大工程开展场地地震反应分析必不可少的参数。完成了南京细砂的自振柱和动三轴试验,研究了固结围压、孔隙比、含水量和荷载频率对动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明:固结围压和孔隙比对最大动剪切模量的影响显著,建立了最大剪切模量与固结围压、孔隙比之间的经验关系,最大剪切模量随细砂中含水量的增加而减小并趋于稳定;固结围压对动剪切模量比具有一定影响,其他3个因素对动剪切模量比和阻尼比的影响不明显;排水条件下泊松比随剪应变幅值的增大而增大,剪应变幅值在1.0×10-4~1.0×10-3范围时,泊松比增大的趋势更加明显;采用自振柱和动三轴试验测试得到的动剪切模量比和阻尼比基本一致。     

广西红粘土动力非线性参数统计分析

运用数理统计方法研究广西区内189个红粘土样品自振柱试验成果,发现广西红粘土动剪切模量比中应变范围(5×10~(-4)~1×10~(-3))变易性大,阻尼比变异性无明显规律;在R软件中,运用Davidenkov模型对试验数据进行非线性拟合,对比统计数据表明拟合效果好,可作为广西红粘土动力非线性参数推荐值;同国内公开发表的粘性土动剪切模量比和阻尼比推荐值进行对比分析,表明广西红粘土具有动剪切模量比处于中等水平而阻尼比整体偏小的特征。     

辽东湾近海海底土小应变动力特性试验研究

开展场地地震动反应分析是众多海洋工程活动顺利实施和长期安全运行的重要保障,其中查明海底土小应变动力特性是十分关键的。文章借助海上原位钻孔取样和室内共振柱仪对辽东湾近海海底土小应变动力特性开展试验研究,探讨前人总结提出的滨海海底土初始动剪切模量G_max预测经验公式在辽东湾海域的适用性,对比文章试验结果与周边海域已有海底土剪切波速测试结果,分析小应变范围内海底土动剪切模量的衰减特征和阻尼比发展演变趋势,并同时进行定量化模拟预测,评价海底土动剪切模量衰减曲线的归一化特征。研究结果表明：(1)共振柱试验得到的原状海底土剪切波速与周边海域已有海底土剪切波速测试结果吻合良好;(2)相比起陆地土,海洋土在小应变范围内归一化动剪切模量G/G_max衰减得更慢,阻尼比增长得也更慢;(3)通过引入临界剪应变,不同土类和埋深对应的海底土小应变动剪切模量衰减曲线可以进行归一化。研究成果对合理开展海洋工程场地地震动反应分析评价具有一定的指导意义。     

窗函数对地基阻尼比测试的影响

根据某块体基础的实测数据,讨论了常见平滑方法对时域对数衰减法和频域点峰法竖向阻尼比测试的影响。结果表明,无论采用时域方法还是频域方法,分别对测试曲线进行相邻三点的滑动平均、汉宁窗、哈明窗平滑,阻尼比计算数值差别很小。平滑次数对时域阻尼比结果有影响,平滑次数越多,时域阻尼比有减少的趋势,而频域阻尼比有增大的趋势。滑动平均方法和平滑次数的合理选取,应通过理论和试验方法的研究进一步确定。     

土体动剪切模量及其衰减特性现场试验研究

如何获取土体动模量原位衰减曲线是研究天然土层在循环动荷载下的动变形特性课题中亟待解决的难题。为此,本文自制了一套地震动参数现场试验系统,依据动剪切模量原位测试原理获得了不同深度土体在小应变范围内的动模量原位衰减曲线。试验数据表明:当剪应变小于4×10^－5时,土体变形处于线性阶段;当剪应变大于4×10^－5时,土体归一化动剪切模量G/G_max衰减加快,以塑性变形为主。同时,当向土层施加的垂向静荷载越大,归一化动剪切模量值G/G_max与对数剪应变值logγ_d之间的关系会逐渐上移,但直线段斜率值不变。相关成果可为试验场地的动模量取值提供一定参考。     

固结时间对软粘土动剪切模量的影响

随着固结时间的增加,试样逐渐变硬的硬化效应使软粘土的动剪切模量增大;同时,随着固结时间的增加,试样高度和直径明显减小的尺寸效应,也使软粘土的动剪切模量受到显著的影响。通过软粘土自振柱试验,分析了固结时间对软粘土的最大动剪切模量、动剪切模量比和试样尺寸的影响;根据自振柱试验的基本原理,分析了试样尺寸的变化对软粘土动剪切模量的影响;结合试验得到的固结时间和试样尺寸的关系,分析了固结时间通过试样尺寸对软粘土动剪切模量的影响。     

豫东平原粉质黏土动剪切模量与阻尼比试验研究

粉质黏土动剪切模量和阻尼比是建筑场地动力稳定性评价的重要动力参数。为分析豫东平原粉质黏土的动力特性,利用双向振动三轴仪试验系统,对取自豫东平原地区的粉质黏土进行动三轴试验,研究粉质黏土状态及固结压力对动剪切模量和阻尼比的影响。研究发现:可塑粉质黏土(PSC)与软塑粉质黏土(SSC)的动力特性存在相近的变化趋势,动剪切模量比随剪应变的增大而减小,阻尼比随剪应变的增大而增大;在同一应变水平下,SSC的动剪切模量比随固结压力的增大而增大、PSC的阻尼比随固结压力的增大而增大;在相同试验条件下,PSC的最大动剪切模量大于SSC的最大动剪切模量;在剪应变小于0.01%时两者动剪切模量快速衰减,剪应变达到0.03%时两者动剪切模量趋于一致。根据现有的粉质黏土动剪切模量与阻尼比研究成果,结合试验数据,提出粉质黏土动剪切模量比、阻尼比随剪应变变化的数学模型,为豫东平原粉质黏土场地工程建设中的动力稳定性评价提供依据。     

山西黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

土的动剪切模量与阻尼比作为土动力特性研究的重要参数,一直备受关注。为了研究山西地区黄土的动力特性,对山西某土石坝坝基黄土进行了共振柱与动三轴试验,获得了在较大应变范围内的动剪切模量与阻尼比试验数据。试验结果表明,山西黄土动剪切模量与阻尼比均显著受初始含水率影响,其归一化的动剪切模量能够用修正的Hardin模型进行拟合,并给出了相关参数;阻尼比可以采用本文建议的公式进行拟合,拟合效果良好。最后,采用经验公式确定了不同围压下的最大动剪切模量的参数。     

固原重塑黄土动力特性共振柱试验研究

利用GCTS共振柱测试仪研究了干密度和固结压力对固原黄土重塑土动剪切模量和阻尼比的影响及试验数据误差的基本规律。通过设计不同工况的试验条件,对比分析结果表明:相同含水率条件下,最大动剪切模量G_(dmax)随固结压力和干密度的增大而增大。相同干密度条件下,黄土的动剪切模量比随围压的增大而增大;阻尼比随围压的增大而减小;相同围压条件下,黄土动剪切模量比随干密度的增大而增大,阻尼比随干密度的增大而减小;不同剪应变特征点的动剪切模量比和阻尼比试验数据呈现一定的离散性,且离散程度阻尼比明显高于动剪切模量比。研究成果可为该地区场地地震反应分析及工程建设提供基础资料。     

土的动剪切模量、阻尼比和泊松比研究进展

介绍了现场测试与实验室测试土的最大动剪切模量的差别、动剪切模量和阻尼比与剪应变关系的表达式及其地区经验成果、固结比对最大动剪切模量影响、动泊松比研究、实验误差及其对地震动的影响等方面的主要成果。提出应加强动泊松比研究,加强共振柱和动三轴试验土动力学参数统一的数学模型研究,加强土动力学参数在均等固结与非均等固结条件下关系研究,加强土动力学参数与土的常规物理力学性质指标关系研究和土动力学参数实验误差研究。     

Free vibration of soils during large earthquakes

Free vibration of soils happens frequently during some large earthquakes, perhaps seeming like a paradox. This happens because the energy released from seismic sources in some cases is not stationary in time, allowing relaxation intervals in between without important seismic wave arrivals in which free soil vibration happens. Two techniques to estimate the natural period of the free vibration from accelerograms are presented: autocorrelograms and Fourier spectra. Both techniques sometimes allow measuring higher mode frequencies of the soil for the three first modes as well as modal damping. Free vibration modal periods satisfy the classic 1D equation S-wave theory. The presence of free vibrations corresponds to shear wave soil energy radiation episodes rather than to energy amplification of incoming stationary seismic shear waves suggested by the dynamic soil amplification. These results explain the discrepancies observed between the theoretical soil dynamic amplification and the accelerographic measurement. Observation of free vibration of soils is not always possible, it depends on the duration of the time windows without important seismic waves arrivals compared to the natural period and damping of the soil.     

砾石掺量及侧限压力对黏土类土石混合体动力特性的影响分析

黏土类土石混合体常作为路基填料在工程中广泛应用,然而其在交通荷载作用下的动力特性方面研究较少。为此,本文以0.05 Lc(Lc为圆柱试样直径)为土体、块石分类阈值,根据土石混合体中砾石掺量、侧限压力的不同,采用自振柱仪对其在小应变(10^-6~10^-4)下的动剪切模量和阻尼比进行研究。结果表明:土石混合体最大动剪切模量随砾石掺量的增加而不断增大,且在20%~40%掺量区间内增幅最大,随侧限压力的增加而增大,且增幅逐渐变小;在应变幅值相同的条件下,动剪切模量衰变程度随砾石掺量的增加而不断减少,且在20%~40%掺量区间内减幅最大,随侧限压力的增加而减小,且减幅逐渐变小;最小、最大阻尼比随砾石掺量和侧限压力的增加而减少。结合试验结果分别从颗粒“骨架”结构性、动态结构稳定性、材料密实度、能量耗散等方面阐述块石掺量和侧限压力对土石混合体动剪切模量和阻尼比的影响机理。最后采用优化Hardin-Drnevich模型建立砾石掺量、侧限压力与土石混合体动力特性参数(最大动剪切模量、参考剪应变、最大阻尼比、最小阻尼比)之间的估算公式,以期为土石混合路基的动力设计和施工提供指导。     

Identification of dynamic soil properties through shaking table tests on a large saturated sand specimen in a laminar shear box

Many laminar shear boxes have recently been developed into sliding-frame containers that can reproduce 1D ground-response boundary conditions. The measured responses of such large specimens can be utilized to back-calculate soil properties. This study investigates how the boundary effect in large specimens affects the identified soil properties through shaking table tests on a soil-filled large laminar box conducted at the National Center for Research on Earthquake Engineering in Taiwan. The tested soil-box system is unique because only 80% of the container is filled with soil. This system can be regarded as a two-layer system: an empty top and soil-filled bottom. The dynamic properties of this two-layer system are identified through various approaches, including theoretical solutions of wave propagation, free vibration, and nonparametric stress–strain analyzes. Therefore, the coupling effect of the box and soil can be evaluated. Results show that, compared with the two-layer system considering the influence of the box, the conventional approach with a single-layer system slightly underestimates shear wave velocity but obtains the same damping ratio of the soil layer. In addition, the identified modulus reduction and damping curves in the two-layer system are consistent with those obtained in a laboratory test on a small specimen. Furthermore, based on detailed acceleration measurements along different depths of soil, a piecewise profile of shear wave velocity is built. The identified shear wave velocity increases with depth, which is not uniform and differs from the constant velocity typically assumed for the specimen.     

DGZ-1多功能共振柱常规试验可靠性分析

针对新研制的多功能共振柱讕验机常规土类试验,发展此类仪器的试验可靠性分析理论,建立一套检验自身可靠性的分析方法傌技术,包括试验误差分析、试验定量考核、土工试验等多种技术手段。首先建立了共振柱仪动剪切模量误差、应叐误差和阻尼比误差的分析公式,得到了几种主要影响因素及其对试验误差影响程度的新认识。同时,通过若干已知动剪切模量且频率和土频率相接近的钢杆和铝杆试件的自振和共振试验,定量上验证该仪器常规试验结果的可靠性;通过砂土和原状粘土常规试验,定性上检验土工试验结果的合理性。通过对新研制的多功能共振柱试验机的常规试验功能进行可靠性的自身检验,所有试验结果是令人满意和可靠的,结果符合现有规律的认识。     

围压对粉质粘土动力学参数影响的共振柱试验研究

土的最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比是对土层进行动力反应分析的重要力学参数。利用英国GDS公司生产的RCA共振柱仪,研究围压对都江堰地区粉质粘土的上述动力学参数的影响。研究表明：相同围压条件下,最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比随重复次数基本不变,表明该试验过程具有可重复性;最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比均受围压影响较大,随着围压的增大,最大动剪切模量和阻尼比均逐渐增大,而剪应变幅随着围压的增大逐渐减小。据此,建立了都江堰地区粉质粘土动力学参数随围压变化的经验公式。本研究可为土层地震动力反应分析提供参考并积累基础资料。     

动三轴试验固结时间对动剪切模量比和阻尼比影响的初步分析

动三轴试验是将试样在轴对称的三轴应力下进行固结,在不排水条件下进行的振动试验,同时可测定土样的动剪切模量比和阻尼比。土的动剪切模量比和阻尼比是土动力学特性的2个重要参数,在工程场地地震安全性评价工作和土层地震反应分析中不可缺少。为了减少工期,提高工效,及时而又准确地提交报告,我们结合自己多年的土工试验经验,对可塑状态以上的粘性土试样进行了缩短固结时间的对比试验,并得到理想的试验结果。