【摘要】：土體的動(dòng)力特性問(wèn)題一直是巖土工程領(lǐng)域的重要課題,深入研究土體動(dòng)力特性的內(nèi)在機(jī)理,對(duì)于研究土工建(構(gòu))筑物的抗震性能與災(zāi)變行為、發(fā)展重大工程災(zāi)變?cè)u(píng)價(jià)方法與控制技術(shù)、實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的安全服役等具有重大意義。小應(yīng)變剪切模量是土體動(dòng)力特性的重要參數(shù)之一。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試土體小應(yīng)變剪切模量的方法大致可以分為三類:靜力法、動(dòng)力法以及波動(dòng)法。靜力法以高精度三軸試驗(yàn)和高精度循環(huán)扭剪試驗(yàn)為代表,根據(jù)動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)變關(guān)系的滯回曲線,求出各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。動(dòng)力法以共振柱為代表,通過(guò)儀器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)試樣施加不同頻率的激振來(lái)獲取土體的共振(固有)頻率,然后根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算土體的剪切模量。波動(dòng)法以彎曲元為代表,通過(guò)測(cè)定剪切波在試樣中的傳播速度,基于彈性波動(dòng)理論計(jì)算土體的剪切模量。靜力法在計(jì)算動(dòng)剪切模量時(shí),需假定泊松比不變的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換,這與實(shí)際情況不符,因此還有待于進(jìn)一步研究。共振柱法是國(guó)際上公認(rèn)的最可靠的測(cè)試土體小應(yīng)變剪切模量方法。彎曲元法具有原理明確、操作簡(jiǎn)便、成本經(jīng)濟(jì)、無(wú)損測(cè)試和方便移植等特點(diǎn),可與現(xiàn)有的絕大部分土工設(shè)備相結(jié)合,具有良好的應(yīng)用潛力,但在如何準(zhǔn)確的確定剪切波的到達(dá)時(shí)間方面尚存在一定的爭(zhēng)議。本文以干砂為研究對(duì)象,基于共振柱儀公認(rèn)的可靠性,將彎曲元與共振柱儀兩種設(shè)備相結(jié)合,改造了一套彎曲元—共振柱聯(lián)合試驗(yàn)儀,利用新改造的設(shè)備對(duì)彎曲元測(cè)試結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定,探求利用彎曲元測(cè)定土體小應(yīng)變剪切模量的可靠試驗(yàn)方法,并對(duì)干砂的小應(yīng)變動(dòng)力特性展開(kāi)了研究,研究?jī)?nèi)容如下:1.從結(jié)構(gòu)組成和工作原理角度,對(duì)彎曲元與共振柱儀進(jìn)行了介紹,分析了二者在小應(yīng)變測(cè)試方面的優(yōu)點(diǎn)與不足,闡明了用共振柱標(biāo)定彎曲元的必要性及理論基礎(chǔ)。2.通過(guò)將彎曲元植入共振柱儀的試樣頂帽與底座的中心處,改造了一套彎曲元—共振柱聯(lián)合試驗(yàn)儀,實(shí)現(xiàn)了利用彎曲元和共振柱對(duì)同一個(gè)試樣開(kāi)展試驗(yàn),并設(shè)計(jì)了一個(gè)標(biāo)定墊片,解決了帶有彎曲元的共振柱儀標(biāo)定問(wèn)題。3.以粒徑范圍為0.075mm~1mm的福建標(biāo)準(zhǔn)砂為研究對(duì)象,基于彎曲元設(shè)備,研究了剪切波激發(fā)頻率對(duì)接收波信號(hào)質(zhì)量的影響,以及三軸樣品邊界條件對(duì)剪切波測(cè)試結(jié)果的影響。4.基于彎曲元—共振柱聯(lián)合試驗(yàn)儀,對(duì)干砂試樣開(kāi)展試驗(yàn),驗(yàn)證了采用初達(dá)波法確定彎曲元剪切波傳播時(shí)間的可靠性,并得出以接收波主峰(即振幅最大峰)的前一個(gè)峰的起跳點(diǎn)位置作為接收波的初始到達(dá)位置最為準(zhǔn)確,即與共振柱試驗(yàn)標(biāo)定值最為接近。通過(guò)粒徑范圍為1~2mm的福建標(biāo)準(zhǔn)砂干砂試樣、2mm直徑正圓玻璃珠以及1mm直徑正圓小鋼珠的彎曲元—共振柱聯(lián)合試驗(yàn),驗(yàn)證了該方法對(duì)于不同級(jí)配、不同材質(zhì)以及不同顆粒形狀的干試樣具有普遍適用性。針對(duì)利用彎曲元測(cè)定土體小應(yīng)變剪切模量的試驗(yàn)方法,從頻率和邊界的選擇以及剪切波傳播時(shí)間判定等方面提出了合理化建議。5.利用改造的新設(shè)備,對(duì)干砂的動(dòng)力特性展開(kāi)研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn):福建標(biāo)準(zhǔn)砂干砂最大剪切模量的變化與有效圍壓、相對(duì)密實(shí)度的變化均成正相關(guān)關(guān)系,與相對(duì)密實(shí)度相比,有效圍壓對(duì)最大剪切模量的影響更大;在同一相對(duì)密實(shí)度與有效圍壓下,剪切模量與動(dòng)應(yīng)變幅值的變化關(guān)系符合斜率為負(fù)值的線性函數(shù),動(dòng)應(yīng)變幅值變化對(duì)剪切模量的影響程度會(huì)隨著有效圍壓的升高而降低;此外阻尼比的變化與有效圍壓的變化成負(fù)相關(guān)關(guān)系,在同一相對(duì)密實(shí)度且同一有效圍壓下,阻尼比與動(dòng)應(yīng)變幅值的變化關(guān)系符合斜率為正值的線性函數(shù),隨著有效圍壓的升高阻尼比對(duì)有效圍壓的變化逐漸不敏感。此外低有效圍壓下阻尼比對(duì)動(dòng)應(yīng)變幅值的敏感性要高于高有效圍壓時(shí)。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU441
【圖文】：

波浪荷載、風(fēng)荷載、交通荷載、機(jī)械振動(dòng)荷載、施工，巖土體會(huì)產(chǎn)生變形、強(qiáng)度及穩(wěn)定性下降等問(wèn)題，這安全、穩(wěn)定和正常使用至關(guān)重要[1-3]。要的地震活動(dòng)帶有三個(gè)，環(huán)太平洋地震帶是其中最大震都發(fā)生在該地震帶，歐亞地震帶則發(fā)生了全球 15%震帶之間，地震活動(dòng)十分頻繁。我國(guó)境內(nèi)的地震活動(dòng)度淺、地震發(fā)生區(qū)域分布廣以及地震強(qiáng)度大等特點(diǎn)。發(fā)生近 800 次強(qiáng)震（震級(jí) 6 級(jí)及以上），遍布除香港外的全國(guó)絕大部分地區(qū)，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)有高達(dá) 55 萬(wàn)人直害，占全球因地震死亡人數(shù)一半以上，我國(guó)歷史發(fā)生。建國(guó)以來(lái)，全國(guó)發(fā)生了 100 多次破壞性地震，波及了），因地震死亡的人數(shù)占同期全國(guó)各類災(zāi)害致死人數(shù)的經(jīng)濟(jì)損失更是數(shù)以億萬(wàn)計(jì)，長(zhǎng)期以來(lái)地震災(zāi)害一直是因素之一[4-7]。

圖 2 地震引起的建筑物倒塌Fig.1 The collapse of buildings caused by the earthquake是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，隨著我市化進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn)，對(duì)交通領(lǐng)域發(fā)展的要求越來(lái)越期間，我國(guó)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域取得了巨大的成就，期間基礎(chǔ)建設(shè)投資，投資完成規(guī)模達(dá)到“十一五”時(shí)期的路、城市軌道交通等運(yùn)營(yíng)里程以及萬(wàn)噸級(jí)海港數(shù)量全運(yùn)輸領(lǐng)域改革的順利進(jìn)行，以及全面建成小康社會(huì)的間，交通運(yùn)輸領(lǐng)域必將獲得更大的發(fā)展，我國(guó)“十三

圖 2 地震引起的建筑物倒塌Fig.1 The collapse of buildings caused by the earthquake輸是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn)，對(duì)交通領(lǐng)域發(fā)展的要求越來(lái)越高五”期間，我國(guó)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域取得了巨大的成就，期間累通基礎(chǔ)建設(shè)投資，投資完成規(guī)模達(dá)到“十一五”時(shí)期的 公路、城市軌道交通等運(yùn)營(yíng)里程以及萬(wàn)噸級(jí)海港數(shù)量全線通運(yùn)輸領(lǐng)域改革的順利進(jìn)行，以及全面建成小康社會(huì)的客期間，交通運(yùn)輸領(lǐng)域必將獲得更大的發(fā)展，我國(guó)“十三五。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2800261