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土体动弹性模量与动剪切模量关系对比研究

王绍鹏  
【摘要】: 对于受动力荷载作用如地震荷载和波浪循环荷载的建筑物,地基土层条件对抵抗动荷载破坏有十分显著的影响。土层的动力变形特性是构成地基土层条件的重要因素。动模量(E,G)是表征土的动力变形特性的重要参数,对于动模量的研究主要包括初始动模量的确定和动模量非线性衰减关系。 最大动剪切模量是非常重要的设计参数。动三轴仪相对于动扭剪仪和循环耦合试验,操作方便,制样简单。它采用竖直动弹性模量换算动剪切模量来模拟现实状况,动泊松比μ_d在不排水试验中取为0.5。不同土样的多种试验结果表明,实测值与换算值有一定的差异,即动泊松比μ_d的取值受平均主应力、土体容重、孔隙率、应力路径、试验方法、初始固结条件等多种因素影响。 本文的试验均采用先进的“土工静力—动力液压三轴—扭剪多功能剪切仪”完成。该试验设备可以很好地模拟土体初始应力条件,如初始中主应力系数、不同初始偏应力比和不同初始主应力角等,而且其测量精度可以达到10~(-5)的量级。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。通过试验数据的分析,深入而系统地研究了饱和福建标准松砂、长江口原状软粘土在不同的初始条件下动力变形特性以及动泊松比的变化规律,结果表明: 平均固结主应力、初始大主应力角、偏应力比对土体骨干曲线、模量衰减曲线、G/G_(max)~γ归一化特性曲线均有不同程度的影响。平均固结主应力和偏应力比的增大使相同应变幅值条件下的应力幅值增大,使土的初始动剪切模量增大,而初始大主应力角的影响效果则相反。中主应力系数对土体骨干曲线和动模量非线性衰减关系基本没有影响。引入参考剪应变γ_γ,G/G_(max)~γ/γ_γ归一化曲线不依赖上述影响因素。 平均固结主应力、偏应力比、初始大主应力角、应力路径对动泊松比均有影响,在半对数坐标中,饱和砂土动泊松比与平均固结主应力成线性关系,单调递增。而原状软粘土为单调递减。在线性坐标中,动泊松比随着偏应力比的增大而增大。随着初始大主应力角的增大而减小,而中主应力系数对动泊松比基本没有影响。本文通过计算获得了各种试验条件下的动泊松比数值。而应力路径的改变使μ_d~p'_(m0)直线关系的斜率有所改变。


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