珠江飽和淤泥質(zhì)軟土動(dòng)剪切模量實(shí)驗(yàn)分析

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

引言

珠江三角洲作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，這里人口稠密，正在建設(shè)和已經(jīng)立項(xiàng)的大型基礎(chǔ)設(shè)施眾多，然而該地區(qū)軟土分布廣泛，這就導(dǎo)致一些建筑無(wú)法避免的建設(shè)在這些軟土地區(qū)，但是大量的軟土地區(qū)的大型建筑結(jié)構(gòu)都未經(jīng)歷地震乃至強(qiáng)震，其抗震性能還有待考驗(yàn)。據(jù)資料顯示[1-3]，軟土地基上的結(jié)構(gòu)物似乎具有較大的易損性，而動(dòng)剪切模量是抗震分析的重要參數(shù)，所以對(duì)其的研究就非常有必要，因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做過(guò)大量研究，也取得了豐碩的成果，但是對(duì)于軟土的動(dòng)剪切模量的研究還是偏少，而且不同軟土在動(dòng)力作用下的特征也有差距，本文在前人基礎(chǔ)，對(duì)珠江飽和淤泥質(zhì)軟土進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)。

一、試驗(yàn)準(zhǔn)備

(一)試驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)所用土樣來(lái)自珠江邊廣州大學(xué)城地區(qū)的淤泥質(zhì)土，該土是由海岸浪流及潮汐水動(dòng)力作用逐漸淤積而成。取樣為擾動(dòng)土，所以進(jìn)行擾動(dòng)土試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器為DDS-70微機(jī)控制電磁式土動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由主機(jī)、電控系統(tǒng)、靜壓控制系統(tǒng)和微機(jī)系統(tǒng)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(shí)試樣，規(guī)格為直徑39.1mm，高80mm。

(二)試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)分為兩個(gè)過(guò)程，嚴(yán)格按照《土工試驗(yàn)規(guī)程SL237-1999》相關(guān)要求，第一個(gè)是制樣，根據(jù)相關(guān)擾動(dòng)土制備方法，取2kg代表土樣進(jìn)行風(fēng)干、碾碎、過(guò)篩(0.5mm直徑)、濕潤(rùn)，根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)選取，測(cè)量并計(jì)算，采用擊實(shí)法分層擊實(shí)。由于是飽和試樣，采取抽真空的方法，使其達(dá)到飽和。第二是動(dòng)三軸試驗(yàn)，首先是安裝試驗(yàn)儀器說(shuō)明裝上試樣，再對(duì)土樣進(jìn)行固結(jié)。選取試驗(yàn)參數(shù)，在其它條件一直下，控制變量進(jìn)行試驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)控制三個(gè)變量為固結(jié)應(yīng)力比、圍壓、頻率，其中固結(jié)應(yīng)力比為1、1.5、2；圍壓為100kpa、150kpa、200kpa；頻率為0.5、1、2。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(一)不同固結(jié)應(yīng)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(shí)的Gd～γd曲線(xiàn)，圖2是圍壓為100kpa，頻率為1時(shí)1/Gd～γd曲線(xiàn)，從圖1我們可以發(fā)現(xiàn)，固結(jié)應(yīng)力比越大，相同應(yīng)變時(shí)的動(dòng)剪切模量越大，即在 Gd～γd關(guān)系曲線(xiàn)的位置越高。在應(yīng)變小于0.4%時(shí)，固結(jié)應(yīng)力比對(duì)剪切模量影響較大，動(dòng)剪切模量急劇的下降，在大于0.4%，曲線(xiàn)趨于平緩，且曲線(xiàn)開(kāi)始接近，即固結(jié)應(yīng)力比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大了。從圖2我們可以發(fā)現(xiàn)，1/Gd～γd曲線(xiàn)有較好的線(xiàn)性，同時(shí)固結(jié)應(yīng)力比越大，擬合曲線(xiàn)斜率越小。

(二)不同圍壓

選取了固結(jié)度為1.5頻率為1的情況，如圖3和圖4，圖3是固結(jié)度為1.5時(shí)頻率為1的Gd～γd曲線(xiàn)，圖4是固結(jié)度為1.5時(shí)頻率為1的1/Gd～γd曲線(xiàn)，從圖4我們可以發(fā)現(xiàn)，圍壓越大，相同應(yīng)變時(shí)的動(dòng)剪切模量越大。在應(yīng)變小于0.4%時(shí)，動(dòng)剪切模量急劇的下降，在大于0.4%，曲線(xiàn)趨于平緩。從圖6我們可以發(fā)現(xiàn)，頻率越大，擬合曲線(xiàn)斜率越小。

(三)不同頻率

選取了固結(jié)度為1.5圍壓為100kpa的情況，如圖5和圖6，圖5是固結(jié)度為1.5圍壓為100kpa時(shí)的Gd～γd曲線(xiàn)，圖6固結(jié)度為1.5圍壓為100kpa時(shí)的1/Gd～γd曲線(xiàn)，從圖5我們可以發(fā)現(xiàn)，頻率越大，相同應(yīng)變時(shí)的動(dòng)剪切模量越大。在應(yīng)變小于0.4%時(shí)，動(dòng)剪切模量急劇的下降，在大于0.4%，曲線(xiàn)趨于平緩，影響慢慢變小。從圖6我們可以發(fā)現(xiàn)，頻率越大，擬合曲線(xiàn)斜率越小。

三、結(jié)論

(1)固結(jié)應(yīng)力比、圍壓、頻率越大，產(chǎn)生相同應(yīng)變時(shí)的動(dòng)剪切模量越大，在應(yīng)變小于0.4%時(shí)，固結(jié)應(yīng)力比、圍壓、頻率越大對(duì)動(dòng)剪切模量影響大，動(dòng)剪切模量急劇的下降，在大于0.4%，曲線(xiàn)趨于平緩，且曲線(xiàn)開(kāi)始接近，固結(jié)應(yīng)力比、圍壓、頻率越大對(duì)動(dòng)剪切模量影響較小。

(2)1/Gd～γd曲線(xiàn)有較好的線(xiàn)性關(guān)系，固結(jié)應(yīng)力比、圍壓、頻率越大，擬合曲線(xiàn)斜率越小。

圖1 不同固結(jié)度下Gd～γd曲線(xiàn)

圖2 不同固結(jié)度下1/Gd～γd曲線(xiàn)

圖3 不同圍壓下Gd～γd曲線(xiàn)

圖4 不同圍壓下1/Gd～γd曲線(xiàn)

圖5 不同頻率下Gd～γd曲線(xiàn)

圖6 不同頻率下1/Gd～γd曲線(xiàn)