賈富利 許華青

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045)

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原狀土與重塑土的動(dòng)三軸對(duì)比試驗(yàn)及研究

賈富利 許華青

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045)

以甘肅中試廠的地基土為研究對(duì)象，采用GCTS STX-100雙向振動(dòng)三軸儀，開展了重塑粘性土樣和原狀粘性土樣相對(duì)比的三軸試驗(yàn)，并評(píng)價(jià)了重塑粘性土及原狀粘性土的動(dòng)力特性，結(jié)果表明：原狀粘性土和重塑粘性土的動(dòng)彈性模量隨著動(dòng)應(yīng)變的增加而減小，但是與圍壓成正比，同時(shí)動(dòng)應(yīng)力會(huì)隨著動(dòng)應(yīng)變的增加而增大；最大動(dòng)剪切模量在圍壓增大的時(shí)候會(huì)同時(shí)增大，但是當(dāng)剪應(yīng)變?cè)龃髸r(shí)則會(huì)減??；土體擾動(dòng)減小了土體的動(dòng)彈性模量和動(dòng)剪切模量。

三軸試驗(yàn)，粘性土，動(dòng)彈性模量，圍壓，動(dòng)剪切模量

土體的動(dòng)彈性模量和動(dòng)剪切模量是土動(dòng)力學(xué)的重要參數(shù)，是評(píng)價(jià)受動(dòng)力荷載作用如地震和波浪循環(huán)荷載的工程場(chǎng)地安全性不可缺少的參數(shù)，它對(duì)土體的抗震性和地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有重大意義[1]。土體動(dòng)三軸試驗(yàn)可以很好地模擬動(dòng)荷載的施加過程及原狀土體實(shí)際的三向受力狀態(tài)，本次試驗(yàn)采用GCTS STX-100雙向振動(dòng)三軸儀進(jìn)行了原狀土和重塑土樣對(duì)比的動(dòng)三軸試驗(yàn)得出土體的土動(dòng)力學(xué)特征的一些參數(shù)[2]：動(dòng)彈性模量和動(dòng)剪切模量，為甘肅省土工建筑物設(shè)計(jì)和計(jì)算提供依據(jù)和指導(dǎo)，并為粘性土的研究工作提供一些借鑒。

1 試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)土樣及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)儀器

本次試驗(yàn)采用GCTS STX-100雙向振動(dòng)三軸儀，如圖1所示。它適用最大試樣直徑70 mm，軸向最大壓力±25 kN，圍力0 MPa～1.0 MPa，反壓0 MPa～2.0 MPa，軸向最大頻率10 Hz，動(dòng)態(tài)圍壓頻率10 Hz，允許最大軸向位移50 mm，位移測(cè)試精度0.01 mm。

1.2 試樣制備

試驗(yàn)的原狀土樣是經(jīng)專門的削樣器切削而成，重塑樣則是由切削剩余土樣按照指定干密度分3層擊實(shí)而成。試驗(yàn)的試樣是直徑50.0 mm，高100.0 mm的圓柱體。制備好的原狀土試樣和重塑土試樣飽和均采用抽氣飽和，將飽和器置于裝有蒸餾水的抽氣缸中，并持續(xù)抽氣1 h以上，試樣靜置于水下12 h，試樣飽和度在95%以上，開始試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用正弦波型加荷，考慮到工程要求和試驗(yàn)儀器頻率范圍，確定試驗(yàn)頻率為1 Hz；所用試樣的取土深度以7 m～15 m居多，所以試驗(yàn)采用圍壓分別為150 kPa，200 kPa，250 kPa，固結(jié)比Kc=(σ1-σ3)/σ3=1.0。試驗(yàn)內(nèi)容如表1所示。

表1 試樣動(dòng)三軸試驗(yàn)內(nèi)容

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 動(dòng)彈性模量

動(dòng)彈性模量帶來了動(dòng)應(yīng)力以及動(dòng)變形之中能夠恢復(fù)的部分之間的聯(lián)系，是對(duì)單位動(dòng)應(yīng)變產(chǎn)生時(shí)所需要的動(dòng)應(yīng)力的研究。

謝君斐等根據(jù)大量原狀飽和粘性土的動(dòng)力特性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)的整理，獲得動(dòng)彈性模量的歸一化公式：

Ed/Edmax=1/(1+εd/εdr)

(1)

圖2～圖4分別給出了在不同圍壓情況之下的重塑土與原狀土的動(dòng)彈性模量、動(dòng)應(yīng)力以及動(dòng)應(yīng)變?nèi)咧g的關(guān)系的曲線以及不同圍壓下原狀土、重塑土的動(dòng)彈性模量與動(dòng)應(yīng)變之間的關(guān)系曲線，由圖2～圖4可知，原狀土和重塑土的動(dòng)彈性模量都隨動(dòng)應(yīng)變的增大而減小，隨圍壓的增大而增大，動(dòng)應(yīng)力隨動(dòng)應(yīng)變的增大而增大，擾動(dòng)減小了土體的動(dòng)彈性模量。

2.2 動(dòng)剪切模量

土的動(dòng)剪模量是土動(dòng)力學(xué)計(jì)算與分析的基本參數(shù)之一，也是場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)中必不可少的內(nèi)容[2]。動(dòng)三軸試驗(yàn)中測(cè)定的軸向應(yīng)力σd、軸向動(dòng)應(yīng)變?chǔ)興、動(dòng)彈性模量Ed、動(dòng)剪應(yīng)變?chǔ)胐和動(dòng)剪切模量Gd之間的關(guān)系式為：

(2)

(3)

其中，μ為土樣的泊松比，對(duì)于飽和土取0.5。

(4)

本次試驗(yàn)結(jié)果如表2所示[5]，從表2中可以看出最大動(dòng)剪切模量隨圍壓的增大而增大，而重塑樣的最大動(dòng)剪切模量明顯小于原狀樣，由此可知土體擾動(dòng)減小了土體的最大動(dòng)剪切模量。

表2 最大動(dòng)剪切模量與圍壓的關(guān)系

3 結(jié)語

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以得出如下結(jié)論：

1)原狀土和重塑土的動(dòng)彈性模量都隨動(dòng)應(yīng)變的增加而減小，當(dāng)圍壓增加時(shí)則會(huì)增大，同時(shí)動(dòng)應(yīng)力隨動(dòng)應(yīng)變的增大而增大。

2)原狀土和重塑土的最大動(dòng)剪切模量都隨圍壓的增大而增大，動(dòng)剪切模量都隨剪應(yīng)變的增大而減小。

3)土體擾動(dòng)減小了土體的動(dòng)彈性模量和動(dòng)剪切模量。

[1] 孫 靜.巖土動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)試技術(shù)與應(yīng)用[M].哈爾濱:黑龍江大學(xué)出版社,2007.

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[5] 鄭瑞華,錢紀(jì)蕓.北京奧林匹克公園主山地基土的動(dòng)三軸試驗(yàn)研究[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2012,32(S2):194-198.

On comparative test of dynamic triaxial tests of undisturbed soil and remoulded soil

Jia Fuli Xu Huaqing

(NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower,Zhengzhou450045,China)

Taking the foundation soil of Gansu Pilot Plant as the research object, the paper adopts GCTS STX-100 double-direction vibration triaxial device to undertake the triaxial test of the remoulded soil sample and the undisturbed soil sample, evaluates the dynamic property of the remoulded soil and the undisturbed soil, and proves the dynamic elastic modulus of the two soils which reduces along with the increasing dynamic strain, but they increases with added confining pressure, illustrates the dynamic stress increases with more dynamic strains and the maximal dynamic shearing modulus also increases with the added confining pressure, but it reduces with the increasing shearing strain, and the earthwork interruption reduces the dynamic elastic modulus and dynamic shearing modulus.

triaxial test, cohesive soil, dynamic elastic modulus, confining pressure, dynamic shearing modulus

1009-6825(2017)11-0065-02

2017-02-09

賈富利(1988- )，男，在讀碩士

TU431

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