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先进土工实验技术研发与砾性土动力特性试验研究

汪云龙  
【摘要】:室内试验是解决土动力学问题的基本手段之一,室内试验技术也是土动力学重要研究内容,为满足研究工作需求,需要不断研发新的技术手段。2008年我国汶川大地震中,在国际上首次出现了大规模的砾性土液化现象,而目前此方面研究报道尚少,其中砾性土动力特性研究是此方面的基础性工作。本文工作主要集中两个方面,一是土动力学若干试验技术研发,二是砾性土动力性能的研究。 含砾量对砾性土剪切波速影响研究以往未见报道,而此方面研究是基于剪切波速测量的砾性土场地液化判别方法的基础。论文首先通过在钢制承模筒上整合弯曲元剪切波速测试技术,利用竖向振动台的驱动以改变筒内试样的相对密度,自主研发了一套非粘性土试样剪切波速与相对密度联合测试系统。然后,利用本套系统,通过配制的不同含砾量的模拟土试验,发现了剪切波速与相对密度呈现幂函数变化的规律性结果,同时试验表明汶川地震液化土层平均颗粒级配配制的模拟土也服从这一规律。此外,利用本套系统试验,发现了相同相对密度的砾性土与标准砂剪切波速关系的一般性规律,给出了含砾量对剪切波速影响的数学表达。 论文完成了从英国GDS公司进口的其在国内首台大型动力三轴实验系统的调试工作,并实现了大型动力三轴试样剪切波速的试验功能。以此为基础,进行了砾性土试样与标准砂试样液化的初步对比试验。首先,通过试验发现了动强度相近情况砾性土试样的剪切波速要明显大于标准砂试样剪切波速的现象,对目前关于现有砂土液化判别方法是否适于砾性土的争论给出了试验论据。然后,通过试验研究了砾性土孔隙水压力增长规律,提出了以多项式形式表达的孔隙水压力增长模型,指出了砾性土和标准砂在孔压发展模型的不同。同时,通过分析振动过程中孔隙水压力增长与剪切模量的衰减的关系,提出了剪切模量与孔隙水压力关系的3折线模型。并指出了砾性土和标准砂在上述模型中的区别。 为满足土工物理模拟实验中土体动力变形量测的需求,论文开发了基于光纤光栅传感技术的测量振动台模型箱内模型土体内部动力变形的方法,为室内和将来的现场实验直接测定土体的动应变提供了新手段,并通过小型振动台实验验证了方法的可行性和适用性。 论文试验技术的研究成果部分因砾性土动力性能研究需要而研发,但适用范围并非局限于此,完全可以用于其他土类。


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