压电陶瓷弯曲元剪切波速测试及饱和海洋软土动力特性研究

【摘要】：地震和波浪等动荷载作用下海洋软土的不排水特性是海洋结构设计和海床稳定分析时必须考虑的问题,为了保证海洋结构的安全与稳定,减少海洋工程事故的发生,研究饱和原状海洋土的小应变剪切模量和循环荷载作用下海洋土的不排水特性有重要意义。压电陶瓷弯曲元是一种多功能传感器,在国外已被应用于室内测试土的剪切波速和研究土的工程性质,但合理的安装方法和高精度波速测试方法尚未完全解决,需要进一步研究。 本文在总结了目前关于弯曲元剪切波速测试方法和循环荷载作用下海洋土特性的有关研究成果之基础上,通过动力试验,进行了如下研究工作: (1)在HX-100型多功能三轴仪上开发了压电陶瓷弯曲元剪切波速测试装置,通过弯曲元试验和Drnevich Long-Tor型共振柱试验,研究了准确测试不同种类和刚度土样剪切波速的方法以及剪切波速弥散性问题。研究结果表明,对不同种类和刚度的土样,通过选用合理的激发波形和频率就可以消除接收波形的近场效应和过冲现象,准确确定土样剪切波波速和小应变剪切模量;在所使用的激发频率范围内,剪切波速不具弥散性。 (2)通过弯曲元试验和共振柱试验,研究了原状海洋土的小应变剪切模量G_(max)。研究结果表明,平均有效固结应力σ_0、土的初始孔隙比e和塑性指数I_P是影响海洋土G_(max)的主要因素;海洋土的G_(max)与σ_0成正比,与e或I_p成反比;对于所研究的低塑性海洋土,可根据土的初始孔隙比e、塑性指数I_p、密度ρ和埋深d等基本物性指标,采用G_(max)=(1437-234e-26Ip)σ_0可以快速方便地估算海洋土的G_(max)。 (3)通过循环三轴试验和弯曲元试验,研究了海洋土动剪切模量和阻尼特性。研究表明,杭州湾海洋土动剪切模量随剪应变衰减曲线低于其它海洋土的衰减曲线,在整个应变范围内,双曲线模型和Ramberg-Osgood模型均可较好地拟合杭州湾海洋土的动剪切模量随剪应变的衰减,对于给定的剪应变水平,G/G_(max)