不同影響因素對黃土動彈性模量的影響研究

屈超鋒

（西安衛光科技有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

工民建中涉及到的施工經常遇到動力學問題，如地基夯實、注漿振搗等。土的動力問題力學機理復雜，影響程度較大，引起了眾多學者開展相關研究。如孫德安等[1]對非飽和及飽和粉土進行動力變形試驗，在不同凈圍壓應力、不同初始含水率的條件下，得到了非飽和及飽和粉土試樣的動應力應變骨架曲線；楊帥東等[2]采用動三軸試驗系統對加筋土試樣進行固結不排水三軸剪切試驗。研究了在不同影響因素（加筋材料、加筋層數、圍壓、固結應力比）影響下加筋土動彈性模量演化規律；劉大鵬等[3]分析了不同影響因素（壓實度、圍壓、含水率）下礫類土的阻尼比和動彈性模量的演化規律；李池龍[4]對上海羅北路某新建工程路段的石灰改良軟黏土開展動三軸試驗，分析研究摻灰量、圍壓、固結比和加荷頻率對其動力指標的影響。張凌凱[5]在室內動三軸試驗的基礎上，研究了在循環荷載作用下飽和砂礫土的動力特性規律，主要分析了振動頻率、固結壓力和固結應力比對動本構關系和動彈性模量的影響規律。

綜上不難發現，對于地基土動力學問題的研究已有大量研究基礎，但涉及黃土的相關研究較少，尤其是針對工民建方面的動力學研究較少。土體的動彈性模量是在工民建工程設計中必不可少的設計參數，應對其開展專題研究，研究結論對工程設計具有一定的參考意義。

1 工程概況

陜西某建筑工地在施工中采用了強夯法對濕陷性黃土地基進行處理。該處地基土體濕陷性較小，土體粘性較大，土質呈暗黃色，屬Q3黃土。由于施工中采用強夯法，需對土體進行動力特性測試試驗。

2 試驗方案

以陜西某黃土基坑為工程依托，現場取樣，結合黃土自身特點，制定了一個含水率（w=12%）、兩個固結比（Kc=1.60、Kc=1.69）、三種干密度（ρd=1.5 g/cm3、ρd=1.6 g/cm3、ρd=1.7 g/cm3）、四個圍壓（σ3=100 kPa、σ3=200 kPa、σ3=300 kPa、σ3=400 kPa）的動三軸試驗方案。

3 試驗結果分析

（1）圍壓對土體動力指標的影響規律分析

對動三軸試驗結果進行整理分析，提取了不同狀態下四個圍壓時的動彈性模量和動應變的數據，繪制了如圖1（a）～（e）的關系曲線。

圖1 不同狀態下圍壓對動彈性模量的影響曲線

圖1為不同狀態下圍壓對動彈性模量的影響曲線，由圖知在初始狀態相同時，動彈性模量隨著動應變呈單調遞減關系。在相同的動應變下，動彈性模量隨圍壓呈單調遞增關系。分析原因是因為當固結應力比不變時，較大的圍壓引起較大的豎向固結應力。而豎向固結應力增大時，土體內部顆粒間的咬合力增大，土體結合更密實，從而土顆粒間相對滑動更加困難；同時，較大的圍壓產生了較大的粘聚力，使得土體顆粒之間的初始動剪應力增大。

（2）干密度對土體動力指標的影響規律分析

圖2 不同狀態下干密度對動彈性模量的影響規律

通過圖2中（a）～（d）不難發現，不同干密度下壓實黃土動彈性模量也隨動應變的增大而減小。動應變相同時，動彈性模量隨著干密度的增大而增大。原因主要是隨著干密度的增大，土體趨向密實，土顆粒間的聯結力增大，促使土體抵抗剪切變形的能力增強，土體產生相同動應變所需要的動應力增大，即動彈性模量增大。

（3）固結應力比對土體動力指標的影響規律分析

圖3 不同狀態下固結應力比對動彈性模量的影響曲線

循環荷載施加前土體的初始狀態可由固結應力比來反映。不同的固結應力比反映了動荷載施加前土體的不同初始應力狀態。如圖3所示，不同固結應力比下地基土體的動彈性模量與動應變呈單調遞減關系。動彈性模量與固結應力比的關系則分為兩個階段：在動應變小于0.1%時，二者呈單調遞增關系；而在動應變大于0.1%時，隨固結應力比的增大，動彈性模量基本不受固結應力比的影響。主要原因是隨著固結應力比的增大，地基土體的初始主應力增大，密實度提高，土顆粒之間的滑動變得困難，使得土的動彈性模量增大；相反，土的動應變在動應力作用下逐漸增大，土體顆粒變得松動，土的粘聚力變小，表現為動彈性模量幾乎不受固結應力比的影響。

4 結語

土體的動力問題在工民建設計中常會遇到，一般在設計時較少考慮此因素的影響。但隨著工程高度的不斷增大，動力學問題的影響不容忽視。基于此，本文開展了地基土體的動三軸試驗，分析了圍壓、干密度、固結比對土體動彈性模量的影響，得出了一些有益結論，相關結論可為工程設計施工提供指導。