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砂-贝壳混合料的动剪切模量与阻尼比试验研究

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砂-贝壳混合料的动剪切模量与阻尼比试验研究

作者：张明霞浙江海洋大学

学位级别：硕士

贝壳砂作为一种环保可持续的沿海工程回填材料有着广阔应用空间,其富含大量的钙质生物壳体,并且具有孔隙率高、结构性低、稳定性差等特点,与石英砂的工程特性有着显著差异。由于贝壳砂所处场地的特殊性,它常受到风、波浪、地震及其他荷... 详细信息

贝壳砂作为一种环保可持续的沿海工程回填材料有着广阔应用空间,其富含大量的钙质生物壳体,并且具有孔隙率高、结构性低、稳定性差等特点,与石英砂的工程特性有着显著差异。由于贝壳砂所处场地的特殊性,它常受到风、波浪、地震及其他荷载的作用,因此针对砂-贝壳混合料开展动力特性试验,研究其动剪切模量和阻尼比的特性变化是有必要的,对于进一步完善其力学性能、研究其动荷载特性具有现实的工程价值。本文基于德国Wille共振柱试验仪,系统地研究了砂-贝壳混合料的动力特性,对混合料进行了一系列试验探究,分析了贝壳含量、相对密实度以及平均有效围压对砂-贝壳混合料的动剪切模量和阻尼比的影响。主要研究内容与成果如下:1、通过共振柱试验,探究了不同试验条件下,相对密实度、平均有效围压和贝壳含量对砂-贝壳混合料动力特性的影响规律,并分析了其中的细观影响机制。研究发现,在围压、相对密实度和贝壳含量相同的情况下,砂-贝壳混合料的动剪切模量随剪应变的增加不断地减小。阻尼比与动剪切模量变化规律呈相反趋势。2、随着相对密实度的增加,动剪切模量越来越大,阻尼比不断减小。当相对密实度和平均有效围压一定,贝壳含量在0%～5%时,混合料的最大动剪切模量比纯砂的大,且在3%时取得最大值。之后,随贝壳含量的增加动剪切模量逐渐减小。研究发现贝壳含量对混合料动剪切模量的影响变化主要是由贝壳和砂颗粒间的咬合嵌固力以及贝壳易破碎特性等因素共同存在造成的。3、本文将通过试验测得的砂-贝壳混合料的动剪切模量和阻尼比等数据和国内外其他学者的研究结论进行对比,给出了砂-贝壳混合料的动力学参数变化范围。此外,利用试验数据拟合得到了Hardin所提出的理论模型中的相关参数,并基于该模型构建了混合料、围压和孔隙比之间的关系,同时给出适用于砂-贝壳混合料的相应模型参数。4、本文系统分析了在Hardin模型、Martin模型和Stokoe模型下所预测的砂-贝壳混合料的最大动剪切模量的可行性。通过模型公式拟合得到预测值与试验值的误差基本在10%以内。最后根据试验数据给出了砂-贝壳混合料归一化动剪切模量的模型公式及其相关拟合参数,为其工程应用提供客观依据。5、本文基于Stokoe理论模型,对动剪切模量比G/G进行拟合分析并对其理论模型进行了修正。随后利用Stokoe模型拟合得到的参数与有效围压、贝壳含量和相对密实度间的关系进行分析,建立起一个新的关于砂-贝壳混合料动剪切模量比随剪应变变化规律的修正Stokoe模型。该模型充分考虑了影响砂-贝壳混合料的各项因素:贝壳含量、围压和相对密实度。最后,用修正的Stokoe模型对本文的试验结果进行了拟合,拟合效果良好,这再次说明了本文所提模型的合理性。同时进一步丰富了砂-贝壳混合料的动力特性的研究,为贝壳类砂土的工程建设提供了动力特性稳定分析的依据。

关键词：砂-贝壳混合料共振柱动剪切模量阻尼比修正Stokoe模型

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干砂小应变动力特性试验研究

干砂小应变动力特性试验研究

作者：李剑安徽理工大学

学位级别：硕士

土体的动力特性问题一直是岩土工程领域的重要课题,深入研究土体动力特性的内在机理,对于研究土工建(构)筑物的抗震性能与灾变行为、发展重大工程灾变评价方法与控制技术、实现基础设施的安全服役等具有重大意义。小应变剪切模量是土体... 详细信息

土体的动力特性问题一直是岩土工程领域的重要课题,深入研究土体动力特性的内在机理,对于研究土工建(构)筑物的抗震性能与灾变行为、发展重大工程灾变评价方法与控制技术、实现基础设施的安全服役等具有重大意义。小应变剪切模量是土体动力特性的重要参数之一。实验室测试土体小应变剪切模量的方法大致可以分为三类:静力法、动力法以及波动法。静力法以高精度三轴试验和高精度循环扭剪试验为代表,根据动应力和动应变关系的滞回曲线,求出各项参数指标。动力法以共振柱为代表,通过仪器驱动系统对试样施加不同频率的激振来获取土体的共振(固有)频率,然后根据动力学理论计算土体的剪切模量。波动法以弯曲元为代表,通过测定剪切波在试样中的传播速度,基于弹性波动理论计算土体的剪切模量。静力法在计算动剪切模量时,需假定泊松比不变的情况下进行转换,这与实际情况不符,因此还有待于进一步研究。共振柱法是国际上公认的最可靠的测试土体小应变剪切模量方法。弯曲元法具有原理明确、操作简便、成本经济、无损测试和方便移植等特点,可与现有的绝大部分土工设备相结合,具有良好的应用潜力,但在如何准确的确定剪切波的到达时间方面尚存在一定的争议。本文以干砂为研究对象,基于共振柱仪公认的可靠性,将弯曲元与共振柱仪两种设备相结合,改造了一套弯曲元—共振柱联合试验仪,利用新改造的设备对弯曲元测试结果进行标定,探求利用弯曲元测定土体小应变剪切模量的可靠试验方法,并对干砂的小应变动力特性展开了研究,研究内容如下:1.从结构组成和工作原理角度,对弯曲元与共振柱仪进行了介绍,分析了二者在小应变测试方面的优点与不足,阐明了用共振柱标定弯曲元的必要性及理论基础。2.通过将弯曲元植入共振柱仪的试样顶帽与底座的中心处,改造了一套弯曲元—共振柱联合试验仪,实现了利用弯曲元和共振柱对同一个试样开展试验,并设计了一个标定垫片,解决了带有弯曲元的共振柱仪标定问题。3.以粒径范围为0.075mmmm的福建标准砂为研究对象,基于弯曲元设备,研究了剪切波激发频率对接收波信号质量的影响,以及三轴样品边界条件对剪切波测试结果的影响。4.基于弯曲元—共振柱联合试验仪,对干砂试样开展试验,验证了采用初达波法确定弯曲元剪切波传播时间的可靠性,并得出以接收波主峰(即振幅最大峰)的前一个峰的起跳点位置作为接收波的初始到达位置最为准确,即与共振柱试验标定值最为接近。通过粒径范围为1mm的福建标准砂干砂试样、2mm直径正圆玻璃珠以及1mm直径正圆小钢珠的弯曲元—共振柱联合试验,验证了该方法对于不同级配、不同材质以及不同颗粒形状的干试样具有普遍适用性。针对利用弯曲元测定土体小应变剪切模量的试验方法,从频率和边界的选择以及剪切波传播时间判定等方面提出了合理化建议。5.利用改造的新设备,对干砂的动力特性展开研究,结果发现:福建标准砂干砂最大剪切模量的变化与有效围压、相对密实度的变化均成正相关关系,与相对密实度相比,有效围压对最大剪切模量的影响更大;在同一相对密实度与有效围压下,剪切模量与动应变幅值的变化关系符合斜率为负值的线性函数,动应变幅值变化对剪切模量的影响程度会随着有效围压的升高而降低;此外阻尼比的变化与有效围压的变化成负相关关系,在同一相对密实度且同一有效围压下,阻尼比与动应变幅值的变化关系符合斜率为正值的线性函数,随着有效围压的升高阻尼比对有效围压的变化逐渐不敏感。此外低有效围压下阻尼比对动应变幅值的敏感性要高于高有效围压时。

关键词：砂土小应变剪切模量弯曲元共振柱剪切波

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非饱和无粘性土的动剪切模量

岩土工程学报 1985年第6期8卷 33-41页

作者：吴世明浙江大学

影响无粘性土的动剪切模量的因素很多,过去认为主要因素只是有效应力和孔隙比。然而本文试验研究表明,对于细粒无粘性土,饱和度将是主要因素之一。非饱和无粘性土颗粒之间的毛细压力使土颗粒间的有效应力增加,从而使动剪切模量增加。对... 详细信息

影响无粘性土的动剪切模量的因素很多,过去认为主要因素只是有效应力和孔隙比。然而本文试验研究表明,对于细粒无粘性土,饱和度将是主要因素之一。非饱和无粘性土颗粒之间的毛细压力使土颗粒间的有效应力增加,从而使动剪切模量增加。对于小应变幅G_o值,存在一最佳饱和度,这时G_o值的增大达到最大值。最佳饱和度和对应的G_o值的增大与土的有效粒径有关。当应变幅增大时,比值G/G_o随应变幅增大而减小,即这种使G值增大的非饱和效应会随应变幅增大而减弱。

关键词：动剪切模量非饱和无粘性土有效应力骨架应力饱和度应变幅非饱和土剪切波速度共振柱颗粒分布饱和效应有效粒径孔隙水压力孔隙水压

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江苏大丰海域海洋黏性土动力特性试验研究

地基处理 2022年第4期4卷 303-308页

作者：蔡玮良上海勘测设计研究院有限公司上海200434

江苏大丰海域的抗震基本设防烈度为Ⅷ度,该海域海上风机基础抗震设计需要海洋土动剪切模量和动阻尼等关键动力特性。通过共振柱试验研究了江苏大丰附近海域原状海洋黏性土在剪应变幅值10-6~10-3范围内的动力特性,即动剪切模量G与阻尼比... 详细信息

江苏大丰海域的抗震基本设防烈度为Ⅷ度,该海域海上风机基础抗震设计需要海洋土动剪切模量和动阻尼等关键动力特性。通过共振柱试验研究了江苏大丰附近海域原状海洋黏性土在剪应变幅值10-6~10-3范围内的动力特性,即动剪切模量G与阻尼比λ的随剪应变的变化规律。试验结果表明:(1)最大动剪切模量G0随围压(埋深)的增加而增大,并建立了海洋黏性土G0随围压和孔隙比变化的经验关系;(2)海洋黏性土在小应变范围具有较强的非线性和滞回性,随着埋深的增加,海洋黏性土的小应变非线性和阻尼比均减小;(3)建立了海洋黏性土G/G0-γ和λ-γ曲线,并建立了海洋黏性土非线性参考应变γ随有效围压变化的经验关系。研究成果可为江苏附近海域海洋工程地基基础的抗震动力分析提供关键的海洋土动力特性参数。

关键词：海洋黏性土动力特性共振柱动剪切模量阻尼比参考剪应变非线性

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细粒含量对舟山砂动力特性的影响

浙江海洋大学学报（自然科学版） 2023年第5期42卷 455-462页

作者：季鹏越张明霞王晋宝王亚军浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022 浙江海洋大学海洋工程装备学院浙江舟山316022

砂土的动力特性参数可以用于指导建筑和岩土工程建设。主要研究了细粒含量(FC)对舟山砂动剪切模量的影响,探究了有效围压和细粒含量对其动力特性的影响。使用德国Wille共振柱测试系统进行了一系列试验,探究了不同试验条件下试样的小应... 详细信息

砂土的动力特性参数可以用于指导建筑和岩土工程建设。主要研究了细粒含量(FC)对舟山砂动剪切模量的影响,探究了有效围压和细粒含量对其动力特性的影响。使用德国Wille共振柱测试系统进行了一系列试验,探究了不同试验条件下试样的小应变剪切模量G_(max),并利用修正哈丁模型对试验数据进行拟合。结果表明,动剪切模量随着细粒含量的增加并非呈线性变化,细粒含量会使得舟山砂的动剪切模量先减小后增大,临界细粒含量为30%左右。当FC小于30%时添加细粒将降低动剪切模量,当FC大于30%时添加细粒则会增加动剪切模量。此外,结合试验结果给出了预测舟山海相砂土最大动剪切模量的相关拟合参数及其修正公式,为其工程应用提供了客观依据。

关键词：舟山海砂共振柱细粒含量动剪切模量

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土工室内剪切波速测试技术及其应用

水电与抽水蓄能 1988年第4期 38-45页

作者：郭锡荣水利水电科学研究院

本文介绍了近年来发展起来的一种新的土工测试技术——土工室内波速测试技术。同时较为详细地介绍了在土工室内波速测试中,所使用的三种不同形式的剪切波发射、接收装置。并采用室内剪切波波速测试的方法,研究了砂土、亚粘土的某些动力... 详细信息

本文介绍了近年来发展起来的一种新的土工测试技术——土工室内波速测试技术。同时较为详细地介绍了在土工室内波速测试中,所使用的三种不同形式的剪切波发射、接收装置。并采用室内剪切波波速测试的方法,研究了砂土、亚粘土的某些动力特性:应力状态与剪切模量的关系,孔隙水压力对剪切模量的影响。所得结果与用其它手段研究的结果是基本一致的。

关键词：波速测试技术发射器接收器平均主应力共振柱应力条件发射装置电子设备剪切波速剪切波波速横波速度剪切模量弹性模量

我国东南沿海核电海工工程地基土静动力特性规律研究

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水利与建筑工程学报 2019年第5期17卷 25-31,117页

作者：王桂萱张虎韦赵杰大连大学土木工程技术研究与开发中心

对我国沿海核电海工工程地基土的动力特性现状进行了简述,在此基础上以大连大学土木工程技术研究与开发中心近些年完成的实际核电抗震分析项目为依托,对沿海核电地基土的静、动力特性进行了统计归纳,统计结果表明各土类在不同试验条件下... 详细信息

对我国沿海核电海工工程地基土的动力特性现状进行了简述,在此基础上以大连大学土木工程技术研究与开发中心近些年完成的实际核电抗震分析项目为依托,对沿海核电地基土的静、动力特性进行了统计归纳,统计结果表明各土类在不同试验条件下,其三轴排水剪试验与三轴不排水剪试验的结果呈规律性变化;各类土样在不同的试验条件下其动模量与动强度随着围压值的增加而呈现递增趋势,然而其相互的比值呈递减趋势;通过静、动力三轴试验分析得出最大动弹性模量与初始弹性模量的比值范围在2~20的区间内。该论文的研究和统计成果可为今后类似工程抗震设计评价等工作提供参考和基础性资料。

关键词：静动力特性核电海工工程共振柱动三轴动弹性模量

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黄河三角洲粉质土的动模量和阻尼比试验研究

工程地质学报 2005年第3期13卷 353-360页

作者：马德翠单红仙周其健中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266003

结合室内共振柱和动三轴实验,对黄河三角洲饱和原状粉质土体(粉土、粉砂、粉质粘土)动模量和阻尼比的影响因素和发展规律进行了详细的研究.研究表明,在粉粒和粘粒含量对动模量的共同影响中,粉粒含量起着举足起重的作用;侧限压力对归一... 详细信息

结合室内共振柱和动三轴实验,对黄河三角洲饱和原状粉质土体(粉土、粉砂、粉质粘土)动模量和阻尼比的影响因素和发展规律进行了详细的研究.研究表明,在粉粒和粘粒含量对动模量的共同影响中,粉粒含量起着举足起重的作用;侧限压力对归一化剪模比和阻尼比的影响均较显著,相比粘粒含量的影响不大.通过与Seed建议的砂土及饱和粘土的G/Gmax～γ曲线和λ～γ曲线进行对比,结果显示研究区的粉质土相比一般的砂土和饱和粘土而言,其动力变形特性更接近于砂土,但是与砂土也存在着非常明显的差异;其发展规律与其他地区沉积粉质土也较为不同,具有明显的区域性.采用修正了的Hardin-Drnevich模型和对数模型分别对G/Gmax～γ曲线和λ～γ曲线进行拟合,给出了三类粉质土的归一化动力变形G/Gmax～γ/γr关系曲线,对模型中有关参数的影响因素做了初步的探讨.

关键词：黄河三角洲粉土动模量阻尼共振柱动三轴

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液化判别的应力法与刚度法之比较

上海地质 1993年第4期 40-47页

作者：祝龙根任陈宝同济大学同济大学

应力法和刚度法是判别土层液化的两种重要方法。本文在简要介绍判别原理的基础上,对两者作了比较,並结合工程实例和饱和标准砂样进行了对比。在相同的条件下,两种方法分析所得的抗液化安全系数是不相同的。本文提出的结论,就如何正确应... 详细信息

应力法和刚度法是判别土层液化的两种重要方法。本文在简要介绍判别原理的基础上,对两者作了比较,並结合工程实例和饱和标准砂样进行了对比。在相同的条件下,两种方法分析所得的抗液化安全系数是不相同的。本文提出的结论,就如何正确应用这二种方法提供了依据。

关键词：液化位移法应力法共振柱