珠江飽和淤泥質軟土動剪切模量實驗分析

(廣州大學土木工程學院 廣東 廣州 510006)

引言

珠江三角洲作為我國經濟最為發達的地區之一，這里人口稠密，正在建設和已經立項的大型基礎設施眾多，然而該地區軟土分布廣泛，這就導致一些建筑無法避免的建設在這些軟土地區，但是大量的軟土地區的大型建筑結構都未經歷地震乃至強震，其抗震性能還有待考驗。據資料顯示[1-3]，軟土地基上的結構物似乎具有較大的易損性，而動剪切模量是抗震分析的重要參數，所以對其的研究就非常有必要，因此，國內外學者做過大量研究，也取得了豐碩的成果，但是對于軟土的動剪切模量的研究還是偏少，而且不同軟土在動力作用下的特征也有差距，本文在前人基礎，對珠江飽和淤泥質軟土進行動三軸試驗。

一、試驗準備

(一)試驗材料和儀器

實驗所用土樣來自珠江邊廣州大學城地區的淤泥質土，該土是由海岸浪流及潮汐水動力作用逐漸淤積而成。取樣為擾動土，所以進行擾動土試驗。試驗儀器為DDS-70微機控制電磁式土動三軸試驗系統，該系統由主機、電控系統、靜壓控制系統和微機系統等組成，頻率范圍：1-10Hz，最大允許軸向位移20mm，試樣采用圓柱實試樣，規格為直徑39.1mm，高80mm。

(二)試驗過程

試驗分為兩個過程，嚴格按照《土工試驗規程SL237-1999》相關要求，第一個是制樣，根據相關擾動土制備方法，取2kg代表土樣進行風干、碾碎、過篩(0.5mm直徑)、濕潤，根據試驗參數選取，測量并計算，采用擊實法分層擊實。由于是飽和試樣，采取抽真空的方法，使其達到飽和。第二是動三軸試驗，首先是安裝試驗儀器說明裝上試樣，再對土樣進行固結。選取試驗參數，在其它條件一直下，控制變量進行試驗，本實驗控制三個變量為固結應力比、圍壓、頻率，其中固結應力比為1、1.5、2；圍壓為100kpa、150kpa、200kpa；頻率為0.5、1、2。

二、實驗結果分析

(一)不同固結應力比

由于篇幅有限，只選取了圍壓為100kpa，頻率為1的情況，如圖1和圖2，圖1是圍壓為100kpa，頻率為1時的Gd～γd曲線，圖2是圍壓為100kpa，頻率為1時1/Gd～γd曲線，從圖1我們可以發現，固結應力比越大，相同應變時的動剪切模量越大，即在 Gd～γd關系曲線的位置越高。在應變小于0.4%時，固結應力比對剪切模量影響較大，動剪切模量急劇的下降，在大于0.4%，曲線趨于平緩，且曲線開始接近，即固結應力比對實驗結果影響不大了。從圖2我們可以發現，1/Gd～γd曲線有較好的線性，同時固結應力比越大，擬合曲線斜率越小。

(二)不同圍壓

選取了固結度為1.5頻率為1的情況，如圖3和圖4，圖3是固結度為1.5時頻率為1的Gd～γd曲線，圖4是固結度為1.5時頻率為1的1/Gd～γd曲線，從圖4我們可以發現，圍壓越大，相同應變時的動剪切模量越大。在應變小于0.4%時，動剪切模量急劇的下降，在大于0.4%，曲線趨于平緩。從圖6我們可以發現，頻率越大，擬合曲線斜率越小。

(三)不同頻率

選取了固結度為1.5圍壓為100kpa的情況，如圖5和圖6，圖5是固結度為1.5圍壓為100kpa時的Gd～γd曲線，圖6固結度為1.5圍壓為100kpa時的1/Gd～γd曲線，從圖5我們可以發現，頻率越大，相同應變時的動剪切模量越大。在應變小于0.4%時，動剪切模量急劇的下降，在大于0.4%，曲線趨于平緩，影響慢慢變小。從圖6我們可以發現，頻率越大，擬合曲線斜率越小。

三、結論

(1)固結應力比、圍壓、頻率越大，產生相同應變時的動剪切模量越大，在應變小于0.4%時，固結應力比、圍壓、頻率越大對動剪切模量影響大，動剪切模量急劇的下降，在大于0.4%，曲線趨于平緩，且曲線開始接近，固結應力比、圍壓、頻率越大對動剪切模量影響較小。

(2)1/Gd～γd曲線有較好的線性關系，固結應力比、圍壓、頻率越大，擬合曲線斜率越小。

圖1 不同固結度下Gd～γd曲線

圖2 不同固結度下1/Gd～γd曲線

圖3 不同圍壓下Gd～γd曲線

圖4 不同圍壓下1/Gd～γd曲線

圖5 不同頻率下Gd～γd曲線

圖6 不同頻率下1/Gd～γd曲線