土动力学试验与计算研究 1粗粒土试验研究的设备与方法： 11仪器 .DOC

土动力学试验与计算研究 1粗粒土试验研究的设备与方法： 1.1仪器设备;以往土动力学的研究大都着重于饱和砂土或轻亚粘土的液化特性，对粗粒土料的动力工程性质研究较少，粘性粗粒土料甚至没有研究过，国外有关研究成果也不多见，其关键在于缺乏大型专用试验设备。大型电液伺服粗粒土动静三轴试验仪的研制成功填补了这项空白，它是粗粒土动力试验所用的主要仪器设备，系国内首次自行研制的粗粒土动力试验专用设备。 大型电液伺服粗粒土动静三轴仪是目前世界上动荷载最大的大型三轴仪之一。动态和静态两套独立的油压源和两套电液伺服阀控制系统均可选择不同的反馈参量，加之工作油缸 采用了动静串朕的形式，使得整台设备结构显得紧凑合理. 1.2试验方法 试料制备，试样成型、饱和与固结均参照SD128—87、土一059－79等规程进行。砂砾石试样的饱和需将试样抽气；掺砾上的饱和因需时更长，故在自行研制的饱和器中进行。试样的各向等压固结按SD128－87进行；各向不等压固结则是先对试样施以各向等压固结井稳定后，逐级增加轴向压力，每级荷载压力控制小于 50 kPa。 土的动模量、阻尼比试验在大三轴上元法达到以下的动应变。为补充这一资料，用粗料土中的细料控制相同的密度进行共振柱试验。 砂砾石固结比时，选取孔压比等于周围压力为破坏标准；对于的情况，一般取轴向应变为破坏标准。 通过试验可以求出破坏振次与动应力比的关系曲线以及动强度、动剪切模量与阻尼比等指标。 2振动孔隙水压力和残余应变模型 在饱和固结不排水振动三轴试验中的两个现象不容忽视。一是无粘性土料孔隙水压力显著增长。当固结应力比时，孔压增长幅度将随凡增大而有所减小，虽达不到液化破坏，但可能因有效应力降低而失稳，它可以模拟坝坡因地震失稳滑坡的情况。二是对于固结应力时，元论非粘性土或粘性土都产生明显的残余变形，此时对于粘性土来说孔压可能增长不大，但可以达到变形破坏。 以往对细粒土在这方面的研究较多，粗粒土则较少，巨大都没有考虑初始剪应力的影响。为此，对砂砾石、掺砾土两种粗粒土的试验资料作了比较深入的研究，提出了供动力分析使用的孔压和残余应变计算模型。 2.1振动孔隙水压力增长模型 振动孔隙水压力（孔隙水压力以下简称孔压）增长模 型考虑了初始剪应力影响，采用了指数函数型表达的超静孔压 增长模型，其数学表达式为 式中：为对数破坏振动周数比，从，分别为振动周数和破坏振动周数；U为相对孔压比，，分别为振动周数为N和破坏时的孔压比；为第一周相对孔压比，K为试验常数， 破坏振次由下式确定： 式中：为动应力比，,为轴向动应力，为侧压力。 以上公式中的和均为不排水动力试验常数。 2.2残余变形数学模型 非等向固结情况下相对残余剪切 应变为 式中：均为参数b为与第一周剪应变有关的试验参数；为N振动周次时的残余剪切应变，为试验求得的常数）；为土体单元破坏时的残余剪切应变。 根据大型三轴试验结果，可以整理得相应的参数。 3评价土料液化的标准 评价土料是否液化是有效应力法地震的反应分析的关键。可采用两种评价方式：一种是引人孔压水平（该单元孔压值与静竖向有效应力之比）来评价单元孔压相对值。当孔压水平大于0．9时认为该单元液化；而当孔压水平介于0.5～0.9时认为该单元破坏.。另一种方法是采用西特安全系数法来评价可液化土体的抗震性能。这种方法首先根据地震震级与等效周次的关系查得相应的等效振动次数，然后根据试验结果求得相应静力条件的土料在等效振动周数的动强度。各单元相应振动周数的动强度（不是动总强度）与各单元在整个地震历时的等效剪应力（最大水平动剪应力的0.05倍）之比即为各单元的西特安全系数。由此求得的西特安全系数一般偏大，因此通常认为为液化区为破坏区。