原狀土與重塑土的動三軸對比試驗及研究

賈富利 許華青

(華北水利水電大學，河南 鄭州 450045)

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原狀土與重塑土的動三軸對比試驗及研究

賈富利 許華青

(華北水利水電大學，河南 鄭州 450045)

以甘肅中試廠的地基土為研究對象，采用GCTS STX-100雙向振動三軸儀，開展了重塑粘性土樣和原狀粘性土樣相對比的三軸試驗，并評價了重塑粘性土及原狀粘性土的動力特性，結果表明：原狀粘性土和重塑粘性土的動彈性模量隨著動應變的增加而減小，但是與圍壓成正比，同時動應力會隨著動應變的增加而增大；最大動剪切模量在圍壓增大的時候會同時增大，但是當剪應變增大時則會減小；土體擾動減小了土體的動彈性模量和動剪切模量。

三軸試驗，粘性土，動彈性模量，圍壓，動剪切模量

土體的動彈性模量和動剪切模量是土動力學的重要參數，是評價受動力荷載作用如地震和波浪循環荷載的工程場地安全性不可缺少的參數，它對土體的抗震性和地基基礎穩定性評價具有重大意義[1]。土體動三軸試驗可以很好地模擬動荷載的施加過程及原狀土體實際的三向受力狀態，本次試驗采用GCTS STX-100雙向振動三軸儀進行了原狀土和重塑土樣對比的動三軸試驗得出土體的土動力學特征的一些參數[2]：動彈性模量和動剪切模量，為甘肅省土工建筑物設計和計算提供依據和指導，并為粘性土的研究工作提供一些借鑒。

1 試驗儀器、試驗土樣及試驗方案

1.1 試驗儀器

本次試驗采用GCTS STX-100雙向振動三軸儀，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，動態圍壓頻率10 Hz，允許最大軸向位移50 mm，位移測試精度0.01 mm。

1.2 試樣制備

試驗的原狀土樣是經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層擊實而成。試驗的試樣是直徑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。

1.3 試驗方案

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

表1 試樣動三軸試驗內容

2 試驗結果與分析

2.1 動彈性模量

動彈性模量帶來了動應力以及動變形之中能夠恢復的部分之間的聯系，是對單位動應變產生時所需要的動應力的研究。

謝君斐等根據大量原狀飽和粘性土的動力特性試驗的數據的整理，獲得動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彈性模量、動應力以及動應變三者之間的關系的曲線以及不同圍壓下原狀土、重塑土的動彈性模量與動應變之間的關系曲線，由圖2～圖4可知，原狀土和重塑土的動彈性模量都隨動應變的增大而減小，隨圍壓的增大而增大，動應力隨動應變的增大而增大，擾動減小了土體的動彈性模量。

2.2 動剪切模量

土的動剪模量是土動力學計算與分析的基本參數之一，也是場地地震安全性評價中必不可少的內容[2]。動三軸試驗中測定的軸向應力σd、軸向動應變εd、動彈性模量Ed、動剪應變γd和動剪切模量Gd之間的關系式為：

(2)

(3)

其中，μ為土樣的泊松比，對于飽和土取0.5。

(4)

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

表2 最大動剪切模量與圍壓的關系

3 結語

根據試驗結果可以得出如下結論：

1)原狀土和重塑土的動彈性模量都隨動應變的增加而減小，當圍壓增加時則會增大，同時動應力隨動應變的增大而增大。

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

3)土體擾動減小了土體的動彈性模量和動剪切模量。

[1] 孫 靜.巖土動力學參數測試技術與應用[M].哈爾濱:黑龍江大學出版社,2007.

[2] 戴文亭,陳 星,張弘強.粘性土的動力特性實驗及數值模擬[J].吉林大學學報,2008,38(5):831-836.

[3] 王紹鵬.土體動彈性模量與動剪切模量關系對比研究[D].大連:大連理工大學,2008:1-75.

[4] Hardin B O, Black W L. Vibration modulus of normally consolidated clay(Clsure)[J].Journal of the Soil Mechanics Foudations Division,ASCE,1969,95(SM6):1531-1537.

[5] 鄭瑞華,錢紀蕓.北京奧林匹克公園主山地基土的動三軸試驗研究[J].防災減災工程學報，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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