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阻尼比可衡量一周循环荷载内土吸收能量的特性,吸收能量大小可用图6.5-1(b)滞回圈面积表示。
阻尼比D按下式计算:
式中:
滞回圈面积;
三角形面积。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验一一术语定义及土的动力学性质简介术语定义及土的动力学性质简介
(二)
(二)阻尼比阻尼比另一种常用的计算小应变时阻尼比的方法为自由振动法,见图6.5-2,用下式计算阻尼比式中:
阻尼比;
计算所取的振动次数;
停止激振后第1周的振幅,mm;
停止激振后第周的振幅,mm。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验一一术语定义及土的动力学性质简介术语定义及土的动力学性质简介(三)动强度(三)动强度土在动荷载作用下,土的应力、应变及孔隙压力随时间(振动次数)而变,动强度是经一定振动次数后试样达到破坏的振动剪应力,振动剪应力与破坏周数的关系曲线称为动强度曲线,见图6.5-3。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验图6.5-2振幅随时间的衰减曲线图6.5-3不同破坏标准的动剪应力比与破坏周数的关系第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验二二试验目的和适用范围:
目的和适用范围:
土的振动三轴试验是室内进行土的动力特性测定时较普遍采用的一种方法。
试验目的是测定饱和土在动应力作用下的应力、应变和孔隙水压力变化过程,通过试验确定土的动剪切模量、阻尼比和动强度等。
试验测得的参数一是用于分析周期荷载作用下地基和结构物的稳定问题,特别是砂土液化问题;
另一是用于计算周期荷载作用下土体在一定范围内引起的位移、速度、加速度和应力随振次的变化等。
本试验适用于饱和砂土、粉土和黏土。
一般采用固结不排水试验。
三三采用标准:
采用标准:
SL2370321999第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验四四仪器设备仪器设备主要设备:
电磁式振动三轴仪,有常规控制和计算机控制式两种。
由主机、静力控制系统、动力控制系统和量测系统组成。
主机:
包括压力室和激振器等,如图6.5-4所示。
静力控制系统:
用于施加围压、轴压和反压等,与一般静三轴仪基本相同。
动力控制系统:
包括交流稳压电源、超低频信号发生器、超低频峰值电压表、电源、功率放大器、超低频双线示波器等。
量测系统:
用于量测轴向力、轴向位移、及孔隙水压力,由传感器、动态应变仪、光线记录示波器或xy函数记录仪等组成。
辅助设备:
与一般静三轴试验相同。
电磁式振动三轴仪示意图电磁式振动三轴仪示意图第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验五五操作要点操作要点(一
(一)准备工作)准备工作1检查土动三轴仪各组成部分,确认激振系统、静力系统及量测系统都能正常工作。
2明确试验参数,包括试样密度、固结压力及固结应力比等。
(二)试样制备
(二)试样制备试样制备的要求和方法与静三轴试验相同。
原状样制备扰动样制备(击实法)、砂土试样制备充填土试样制备(土膏法),应分别按SL2370171999规程有关规定进行。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验五五操作要点操作要点(三)试样饱和(三)试样饱和试样饱和过程也与静三轴试验相同。
视土样类型不同可分别采用抽气饱和、水头饱和、二氧化碳饱和、反压饱和等方法,具体操作细节详见SL2370171999规程4.2条。
(四)试样固结(四)试样固结动三轴试验通常要求在三个不同的主应力比下进行固结。
对于可自动控制施加静载的新型土动三轴仪来说,只要试验前按试验的要求进行设置(如设定固结应力比K值、加荷级数、荷载增量大小,各级荷载增量持续时间等),试验机即可自动完成试样的固结。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验五五操作要点操作要点(四)试样固结(四)试样固结在进行等压固结(1/3=1)时,动三轴加压方式与静三轴略有不同。
静三轴的加压活塞与试样为点接触,加围压3时轴压1也同步加上,13。
动三轴由于活塞与试样相连,1与3需分开施加。
一般先加3,在加3之前应将活塞固定,以免加3时试样受挤压向上变形而破坏。
加完3,由荷载传感器控制施加1,动作衔接要尽量快。
加荷完毕,松开活塞,开始固结。
在进行不等压固结(K1/31)时,要求固结过程尽量保持K值大致不变。
对松软试样,为了避免一次加荷引起试样破坏,应分许多级加荷逐步固结。
每级固结时先加围压3,后加轴压1。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验五五操作要点操作要点(五)施加动应力(五)施加动应力固结完成后,在不排水条件下施加动应力。
动三轴试验主要分为两类,即动强度试验及模量和阻尼比试验。
两类试验各自采用不同的方式和步骤施加动应力。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验五五操作要点操作要点(五)施加动应力(五)施加动应力1动强度试验动强度试验对制样密度和固结应力比均相同的一组试样(一般不少于4个),设定大小不同的动应力d1、d2、d3、d4;
启动激振力并同时打开记录仪,记录应力、应变和孔压的变化过程线;
当应变达到应变破坏标准(通常规定应变达5)或孔压达到侧压(ud=3),即切断激振力并停止记录。
根据试验计划要求,对于不同的制样密度和不同的固结应力比,重复上述试验步骤。
具体操作细节详见SL2370321999规程4.5条。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验五五操作要点操作要点(五)施加动应力(五)施加动应力2模量和阻尼比试验模量和阻尼比试验在同一个试样上动应力由小到大逐级施加,振动时记录动应力、动应变和动孔压;
每级动应力的振动次数不要超过10次;
第1级动应力在可能正确测读的条件下设定较小的值,后一级可设定比前一级大1倍;
当应变波形明显不对称或孔压较大时,停止试验。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验五五操作要点操作要点(五)施加动应力(五)施加动应力2模量和阻尼比试验模量和阻尼比试验对于不同的制样密度和不同的固结应力比,重复上述试验步骤。
同一干密度的试样,在同一固结应力比下,应在1至3各不同的侧压力下试验;
每一个侧压力宜用56个试样,改变56级动应力。
具体操作细节详见SL2370321999规程4.6条。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验七七资料整理资料整理
(一)动强度试验
(一)动强度试验需要提供的资料包括:
动强度曲线(即轴向动应力与破坏周数关系曲线);
动孔压和动应变随时间(周数)发展的过程线;
动强度指标(包括总应力动强度指标cd、d及有效应力动强度指标cd、d)。
在土动力学中,常用的破坏标准有三种:
极限平衡标准、液化标准和应变标准。
因此,动强度曲线和动强度指标应针对三个不同的破坏标准分别提供,如图6.5-3所示。
具体步骤详见SL2370321999规程5.1条。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验七七资料整理资料整理
(二)模量和阻尼比试验
(二)模量和阻尼比试验需要提供的资料包括:
动应力与动应变关系曲线;
动模量比Ed/Eo与动应变d关系;
最大压缩模量Eo与有效平均固结应力o的关系;
阻尼比D与动应变d关系曲线等。
具体步骤详见SL2370321999规程5.2条。
因资料整理内容多涉及数据量浩大,用人工完成几乎是不可能的。
目前各种类型的土动三轴仪在数据采集和资料整理方面大多均可由计算机完成。
第五节第五节土的振动三轴试验土的振动三轴试验八八注意事项注意事项1)对各种仪表、传感器等要经常校核和定期标定。
2)振动三轴试验中经常要求测定松软地基土的动强度指标,这些试样密度很低。
制备低密度试样必须保持耐心和细心。
3)由于在相同的固结条件下,试样动强度取决于试样的密度、饱和度和均匀程度,因此对制样环节的控制就直接影响到试验的质量。
同一干密度各组试验的试样,宜一批制备,其密度、含水率、击实过程、饱和过程及试样静置时间等都应大致相近。
4)土动三轴仪属于精密仪器设备,价值昂贵。
土动三轴的试验技术较复杂,要求试验人员掌握的技术知识也相对较多。
所以从事土动力学试验工作的人员应接受专门的技术培训。
第七章第七章土的力学性质指标及其室内测定土的力学性质指标及其室内测定第六节第六节其它力学试验其它力学试验第六节第六节其它力学试验其它力学试验三三孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验
(一)试验目的和适用范围
(一)试验目的和适用范围本试验使试样受各向等压作用或在K0条件下受轴向压力作用,测定孔隙水压力的消散过程,从中确定孔隙水压力消散系数Cv、消散度Dc及孔隙水压力系数B、。
本试验适用于饱和度大于85的原状黏质土及含水率大于最优含水率的击实黏质土,也可用于用充填法制备的试样。
第六节第六节其它力学试验其它力学试验三三孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验孔压消散系数的工程意义孔压消散系数的工程意义消散系数Cv主要用于估算期土坝或地基土体中的孔隙水压力,对控制合理的施工进度,对保证土坝或地基的稳定有重要意义。
(二)采用标准
(二)采用标准:
SL2370191999第六节第六节其它力学试验其它力学试验三三孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验(三)术语定义(三)术语定义1消散度Dc:
式中分别为试验起始和经时间t(min)后试样不排水端的孔隙压力值。
第六节第六节其它力学试验其它力学试验三三孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验(三)(三)术语定义术语定义2消散系数消散系数:
t为达到某任意消散度Dc所需时间,min;
为任意消散度Dc的时间因数;
为孔压消散前后的试样平均高度。
第六节第六节其它力学试验其它力学试验三三孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验(三)术语定义(三)术语定义3孔隙水压力系数孔隙水压力系数B、:
为周围压力增量,kPa;
为轴向压力增量,kPa;
为相应于该压力增量下的起始孔隙压力增量,kPa。
第六节第六节其它力学试验其它力学试验三三孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验(四)(四)仪器设备仪器设备主要设备:
三轴压力室,附有孔隙压力量测系统和周围压力系统,见图7.6.3-1。
天平、切样器、承膜筒、环刀、活塞板等,环刀的径高比为1,两端有刃。
三三孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验(a)各向等压消散试样装置各向等压消散试样装置(b)K0消散试样在压力室内装置消散试样在压力室内装置1孔隙压力阀
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