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圆柱形击实试件的剪切波传播特性及其波速测试方法研究

彭华君  
【摘要】:剪切波波速是描述土体工程性质的一项重要指标,能很好地反映岩土的动力学特性,在工程建设中应用广泛。目前,测试土体剪切波速度的方法主要有两种:原位测试法和室内测试法。前者能获得工程土体实际的剪切波传播速度,但其测试成本高、操作繁杂,能考虑的条件较为单一,且试验结果的适用范围较窄。室内测试法操作较为简单,可以进行参数化研究,并可以考虑不同的试验条件。但该方法常会受到剪切波换能器、试样尺寸、测试位置等因素的影响,从而难以获得土体的真实剪切波速值,阻碍了该方法在工程中的应用。鉴于此,本文依托于国家自然科学基金项目—基于三维波电场耦合全息成像的堤坝隐患诊断技术研究(51279219),基于发明专利—一种室内击实试件的横波波速测试方法(201210075217X)和弹性波传播理论,提出圆柱形击实试件的剪切波传播特性及其波速测试方法研究。本文的主要研究内容和结论如下:(1)基于弹性波传播理论,建立了分析弹性波在圆柱形击实试件中传播的三维有限元模型。基于该模型,分别计算了在不同加载频率、不同加载激励大小以及不同尺寸条件下模型中的波动。(2)基于有限元计算结果,分析了加载频率、加载激励大小以及模型尺寸对剪切波传播的影响规律。结果表明,模型中的剪切波速度和波能衰减均随着加载频率的增大而增大,但总体来说,加载频率对剪切波传播的影响程度不大;瞬时激励大小对剪切波速度基本没有影响;直径0.2m是剪切波速度发生明显变化的转折点。若超过该直径,增大直径对剪切波速度的影响很小;若小于该直径,即使直径变化很小,剪切波速度也将明显增大,而且剪切波速度随着直径的改变几乎是呈线性变化。(3)基于专利—一种室内击实试件的横波波速测试方法,制作不同干密度的击实试件并测试各试件中的剪切波速度,得到剪切波速度与干密度之间近似呈线性关系。采用超声波检测法测试了各击实试件的纵波速度,得到纵波速度与干密度近似呈线性关系。根据测试结果计算了土的弹性参数并进行了分析。(4)综合数值模拟分析以及实测结果,对实测剪切波速度进行了修正,并提出了修正后的剪切波速度测试方法。


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