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1、,第七章 土的力学性质指标及其室内测定 第五节 振动三轴试验,第五节 振动三轴试验,一 术语定义及土的动力学性质简介 二 试验目的和适用范围 三 采用标准 四 仪器设备 五 操作要点 六 记录表格 七 资料整理 八 注意事项,第五节 土的振动三轴试验,一 术语定义及土的动力学性质简介 （一）动模量 动模量定义为引起单位动应变所需的动应力。 1 动剪切模量 式中： 动剪切模量，kPa； 动剪应力，kPa； 动剪应变。,第五节 土的振动三轴试验,一 术语定义及土的动力学性质简介 （一）动模量 2 动压缩模量 （6.5-2） 式中： 动压缩模量，kPa； 动轴应力，kPa； 动轴应变。 已知土的泊松
2、比 和 以及 和 可相互换算，有如 下关系：,第五节 土的振动三轴试验,一 术语定义及土的动力学性质简介 （一）动模量 测定动模量的方法 测定动模量的方法是将动荷载施加于试样上，同时记录动应力和动应 变，某 一循环的动应力与同一循环的动应变之比即可得动模量，见图6.5-1（a）。 图6.5-1 应力应变记录曲线和滞回圈,第五节 土的振动三轴试验,一 术语定义及土的动力学性质简介 （二） 阻尼比 阻尼比定义为土的阻尼系数与临界阻尼系数之比。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。,
3、第五节 土的振动三轴试验,一 术语定义及土的动力学性质简介 （二） 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 土的振动三轴试验,一 术语定义及土的动力学性质简介 （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 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
4、 不同破坏标准的动剪应力比 与破坏周数的关系,第五节 土的振动三轴试验, 二 试验目的和适用范围： 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 采用标准：SL2370321999,第五节 土的振动三轴试验,
5、四 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,第五节 土的振动三轴试验,五 操作要点 （一）准备工作 1 检查土动三轴仪各组成
6、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 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 土的振动三轴试验,五 操作要点 （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 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
7、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 土的振动三轴试验,五 操作要点 （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
8、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 土的振动三轴试验,五 操作要点 （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 土的振动三轴试验,五 操作要点 （五）施加动应力 1 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
9、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 土的振动三轴试验,五 操作要点 （五）施加动应力 2 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 土的振动三轴试验,五 操作要点 （五）施加动应力 2
10、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 土的振动三轴试验,七 资料整理 （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
11、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 土的振动三轴试验,七 资料整理 （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 土的振动三轴试验,八 注意事项 1）对各种仪表、传感器等要经常校核和
12、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 土的力学性质指标及其室内测定 第六节 其它力学试验,第六节 其它力学试验
13、,三 孔隙水压力消散试验 （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 其它力学试验,三 孔隙水压力消散试验 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：SL2370191999,第六节 其它力学试验,三 孔隙水压力消散试验 （三）术语定义 1
14、 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 其它力学试验,三 孔隙水压力消散试验 （三）术语定义 2 消散系数 ： 式中： 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 其它力学试验,三 孔隙水压力消散试验 （三）术语定义 3 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 其它力学试验,三 孔隙水压力消散试验 （四） 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
15、统，见图7.6.3-1。 辅助设备：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 孔隙水压力消散试验,（a）各向等压消散试样装置 （b）K0 消散试样在压力室内装置,1孔隙压力阀；2周围压力阀；3排水管阀；4排气阀；5压力室底座； 6加压上帽；7透水板；8压力室；9试样；10活塞；11环刀；12橡皮膜,（b）,消散试样在压力室内装置,（b）,消散试样在压力室内装置,三 孔隙水压力消散试验,（五） 操作要点 5.1 各向等压消散试验 1）试样制备 按SL2370171999规程有关规定切取原状试样或制备 扰动试样，黏质土试样的径高比为1。粉质土的径高比为2。如需饱和，
16、按SL2370171999规程4.2.1规定进行。 2）试样安装 按SL2370171999规程4.3.2规定进行，但试样侧面不 贴滤纸条； 装压力罩，充水，调整孔压量测系统归零，关闭孔压阀等。,三 孔隙水压力消散试验,（五） 操作要点 5.1 各向等压消散试验 3）孔隙压力消散 （1）开周围压力阀，并按SL2370171999规程4.3.2 有关规定施加第1级围压，测定起始孔隙压力。 （2）开排水管阀，同时开始计时，进行孔压消散测定。 参照下列时间测记孔压及排水体积：0.25、1、4、9、16、 25、36、49、64min，2、4h直至需要的消散度为 止，关排水管阀。 （3）重复上述（1）和（2）操作，施加下一级围压，进 行起始孔隙压力和孔压消散测定。如此可进行三次，每次 施加压力大小为实际需要压力的1/3，也可以按实际情况增 减消散次数和各级围压大小。,
