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复杂初始应力状态下黄土动剪切模量与阻尼比特性试验研究

王志杰  
【摘要】:在我国,黄土作为一种区域性特殊土,广泛分布于地震频发且烈度较高的中西部地区。近年来,随着黄土地区工程建设的日益增多,复杂初始应力状态下的循环交通荷载、地震荷载以及波浪荷载等作用对黄土地区工程抗震设计提出了新的挑战。因此,获取合理的黄土动力特征参数,为黄土地区工程抗震设计提供更准确的参考依据,具有重要的现实意义。 常规的三轴试验仪器很难模拟土体在实际工程中所处的复杂初始应力状态,故本文采用改造后的DTC-199型电液伺服加荷循环扭转动三轴仪,研究了干密度、含水率、初始主应力方向角、初始中主应力系数、初始偏应力比与初始平均主应力对复杂初始应力状态下黄土动剪应力-应变关系、动剪切模量与阻尼比特性的影响规律,取得了如下几方面结论: (1)黄土的动剪应力-应变关系 在其他条件相同的情况下,同一动剪应力对原状黄土产生的动剪应变小于对重塑黄土产生的动剪应变;干密度越大、含水率越低、初始主应力方向角越小、初始偏应力比越小或初始平均主应力越大,产生单位动剪应变所需的动剪应力越大;初始中主应力系数对黄土动剪应力-应变关系曲线的影响规律不明显。 (2)黄土的动剪切模量 在其他条件相同的情况下,原状黄土的动剪切模量、初始动剪切模量与最大动剪应力均大于重塑黄土的动剪切模量、初始动剪切模量与最大动剪应力。 含水率、初始平均主应力与初始偏应力比对黄土动剪切模量、初始动剪切模量与最大动剪应力均产生不同程度的影响:在其他条件相同的情况下,含水率越低、初始平均主应力越大,黄土的动剪切模量、初始动剪切模量与最大动剪应力越大;初始偏应力比越大,黄土动剪切模量随动剪应变衰减的速度越快。在其他条件相同的情况下,干密度与初始主应力方向角对黄土动剪切模量的影响相对较小;干密度越大、初始主应力方向角越小,黄土的初始动剪切模量与最大动剪应力越大;初始中主应力系数对黄土动剪切模量、初始动剪切模量与最大动剪应力的影响规律不明显。 (3)黄土的阻尼比 存在初始预剪应力作用时黄土的阻尼比随动剪应变的增大先减小而后缓慢增大,已有的采用半对数坐标进行直线方程拟合的方法已不再适用于存在初始预剪应力作用时黄土阻尼比的计算。复杂初始应力状态下黄土阻尼比大小的主要分布范围为0.15-0.4。 在高初始平均主应力与高含水率下,结构状态对黄土的阻尼比的影响呈现出重塑黄土的阻尼比大于原状黄土阻尼比的趋势。 在其他条件相同的情况下,含水率、初始主应力方向角与初始偏应力比对黄土阻尼比随动剪应变变化规律的影响呈现出含水率越高、初始主应力方向角越大、初始偏应力比越大,阻尼比越大的趋势;干密度、初始中主应力系数与初始平均主应力对黄土阻尼比随动剪应变变化规律的影响不明显。


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