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三向非均等固结条件下密实粉煤灰动力变形特性的试验研究

张小玲  
【摘要】: 实际建筑物地基土体往往处于复杂初始应力状态,这一应力状态一般可由初始中主应力系数b_0、初始偏应力比η_0、初始主应力角α_0及初始平均有效固结应力p′_(m0)这四个指标来描述。在复杂初始应力状态下,影响土的动模量与阻尼比等动力变形特性参数的因素有很多,这些因素不仅包括土本身的性质,而且还与土体所处的固结应力状态以及在此基础上受到的动力荷载的性质有关。由于饱和状态下的粉煤灰对地震等动力荷载反应灵敏,抗液化性能很差,所以利用粉煤灰作为坝基和坝料来贮存和利用粉煤灰,必须对其动力特性进行必要的试验研究。 本文利用先进的“土工静力—动力液压三轴—扭剪多功能剪切仪”,针对D_r=60%的密实粉煤灰,进行了数组不同初始中主应力系数、不同初始偏应力比和不同初始主应力角等固结条件下的循环扭剪试验,采用了接触式大位移计与非接触式小位移计联合测量角位移的方法,针对吉林粉煤灰着重对两向和三向非均等固结应力状态条件下的动模量和阻尼比特性进行了系统的试验研究。在不同的初始固结应力状态下深入而系统地研究了不同初始固结应力条件变化对吉林粉煤灰动模量和阻尼比随应变变化规律的影响。试验结果表明: 在三向非均等固结条件下,初始中主应力系数b_0对密实粉煤灰的动剪切模量G随动剪应变幅值γ的变化关系在剪应变幅值小于10~(-3)范围内影响比较显著。在相同的平均有效固结应力p′_(m0)下,均等固结条件下(η_0=0)和两种非均等固结条件下(η_0=0.43、0.75)的动剪切模量G差别并不大。对于同一个p′_(m0),初始主应力方向角α_0对动剪切模量G随动剪应变幅值γ的变化关系具有一定的影响。密实粉煤灰的最大剪切模量G_(max)随着初始中主应力系数b_0、初始偏应力比η_0、初始主应力方向角α_0值的不同而有所不同。不同的b_0、η_0和α_0对饱和粉煤灰最大动剪切模量参数k、n具有一定的影响。 不同平均有效固结压力p′_(m0)试验条件下所获得的不同初始中主应力系数b_0和不同初始偏应力比η_0的阻尼比随动剪应变变化ξ~γ的试验结果基本都落在较窄的范围内;不同初始应力方向角α_0的ξ~γ试验结果基本落在一带形区域内,随着初始主应力方向角α_0的增大,阻尼比ξ稍有增大,但趋势并不明显。引入参考剪应变γ_r后,复杂初始应力条件的影响在很大程度上被消除,不同b_0、η_0和α_0对ξ的影响很小,可以忽略不计。 联合采用非接触式微小角位移计和接触式大角位移计测量角位移效果良好,不仅获得的试验结果接合良好,拓宽了量测的剪应变范围,而且能够提高动剪切模量的测试精度,对于准确获得最大动剪切模量至关重要。另外,提出一种新的求取最大剪切模量G_(max)的方法,即S型曲线拟合。结果证明,此方法能更为准确地确定最大剪切模量G_(max),在处理小变形试验中更为适用。


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