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12008年先进土工试验技术交流会,中国杭州2008.10.27~29浙江大学教育部软弱土与环境土工重点实验室浙江大学岩土工程研究所TheMOEKeyLaboratoryofSoftSoilsandGeoenvironmentalEngineering,ZhejiangUniversityP.R.ChinaOctober27,2008黄博黄博副教授副教授饱和土动三轴试验技术及进展主要内容•动荷载及土的动力特性测试内容–动荷载类型–土的动力特性测试内容•动三轴试验及动力特性参数的确定–动三轴仪器介绍–动三轴试验原理–土体动力特性试验参数•动三轴试验新技术及应用–弯曲元技术及应用–双向振动的实施–不规则荷载施加及刚度的设置主要内容Ø动荷载及土的动力特性测试内容–动荷载类型–土的动力特性测试内容•动三轴试验及动力特性参数的确定–动三轴仪器介绍–动三轴试验原理–土体动力特性试验参数•动三轴试验新技术及应用–弯曲元技术及应用–双向振动的实施–不规则荷载施加及刚度的设置•1、周期荷载•以同一振幅和周期往复循环作用的荷载称为周期荷载。周期荷载的最简单形式是简谐荷载(harmonicloading)。简谐荷载随时间t的变化规律可用正弦或余弦函数表示。半周期内的峰值荷载P0,称为振幅。双幅值2P0指在周期T内荷载变化的最大幅度。动荷载分类•2、冲击型不规则荷载•冲击荷载是一种瞬时荷载,强度大,持续时间短。动荷载分类•只有一次脉冲作用•作用持续时间短(ms),压力升高速率大v打桩引起的地表垂直加速度轨迹(多脉冲瞬时冲击荷载)3、振动型不规则荷载不规则荷载随时间的变化没有规律可循,如地震荷载。动荷载分类多次重复的微幅振动,如:机器基础的振动;PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建土体动力特性室内测试内容•《中华人民共和国国家标准地基动力特性测试规范》(GB/T50269-97)振动三轴和共振柱测试(1)最大动剪变模量或最大动弹性模量与平均有效固结应力的关系;(2)动剪变模量比与阻尼比对剪应变幅的关系曲线,或动弹模量比与阻尼比对轴应变幅的关系曲线;(3)动强度比与破坏振次的关系曲线;(4)地震总应力抗剪强度与潜在破裂面上初始法向有效应力的关系,以及相应的地震总应力抗剪强度指标;(5)对有关动强度的资料,应注明所采用的试样密度、固结应力条件、破坏标准和相应的等效破坏振次;(6)当需提供动孔隙水压力特性的测试资料时,可提供动孔压比与振次比的关系曲线,也可提供动孔压比与动剪应力比的关系曲线;v小应变幅值下,研究土的动弹性模量、动剪变模量和阻尼;v大应变幅值下,研究动强度、抗液化强度、变形累积、动孔隙水压力:u处于饱和状态的砂土和粉土在周期性动荷载作用下可能液化,完全丧失强度;u淤泥、淤泥质土在周期性动荷载作用下,由于孔隙水压力上升,强度降低等缘故会导致沉降和滑移;土的动力特性动荷载下土体的响应与其应变幅值有关动模量和阻尼——土和结构物动力分析和变形分析;土体动强度——地基和结构物的稳定性分析;主要的动力参数主要内容•动荷载及土的动力特性测试内容–动荷载类型–土的动力特性测试内容Ø动三轴试验及动力特性参数的确定–动三轴仪器介绍–动三轴试验原理–土体动力特性试验参数•动三轴试验新技术及应用–弯曲元技术及应用–双向振动的实施–不规则荷载施加及刚度的设置动三轴试验单向动三轴可根据激振方式分为机械惯性力式、电磁式、气动式、电液伺服式。动三轴仪电磁式振动三轴仪主机示意图Ø单向三轴仪只可在轴向施加循环荷载,轴向上设有动力控制装置,可以进行土的动强度、弹性模量等试验测量,是最为重要的土工试验仪器之一。1.单向动三轴仪气动式动三轴仪(美国HX-100)国内在八十年代中科院工程力学所就研制成功过电磁力双向激振式振动三轴仪,国外则更早。但直到21世纪初,随着电子技术、计算机技术的日趋成熟,集成式数据采集、信号放大等的控制仪器以及专用软件的开发,国内外才开始真正使用精确的双向动三轴仪进行试验研究。但目前采用双向动三轴进行研究的试验国内外还十分缺乏。而关于双向动与单向动模拟相同的应力条件下,所存在的对土体动力特性影响的差异,国内外还未见有相关的研究。双向动三轴:轴向动力加载,周围压力也可进行动力加载。理论上可以模拟更复杂的应力状态。动三轴试验动三轴仪2.双向动三轴仪双向动三轴仪(GDS)PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建液化评估简化分析法(Seed&Idriss,1971)地震波的作用:通常认为地震作用对土体的主要影响是由基岩传播而来的体波造成的,体波包括:S波(剪切效应)、P波(拉压效应)。S波(剪切波)P波(压缩波)动三轴试验动三轴试验原理均匀作用剪应力等效应力循环数Nmax0.65ett=1220127.01486.5855.5~6持续时间(s)等效循环数震级将等效循环数与震级相对应动三轴试验动三轴试验原理震前地震产生的土体应力的分析和模拟3s1s0s==(均等固结)动三轴试验动三轴试验原理1s3s0s震前单、双向3s1s0s==st00s地震产生的土体应力的分析和模拟动三轴试验动三轴试验原理地震时(压半周)单向双向st00s0dss+ds0/2dss+/2ddts=112dss+st00s0/2dss+0/2dss-0ss/2ddts=地震产生的土体应力的分析和模拟动三轴试验动三轴试验原理地震时(拉半周)单向双向st00sds/2ddts=112dss+st00s0/2dss+0/2dss-0ss/2ddts=0/2dss-0/2dss-•动三轴试验通过对试样施加激振力,测求试样在承受动荷载作用时的动态反应。•记录动应力、动应变、孔隙水压力。动三轴试验s3s1s1s3sd•根据应力、应变和孔压的相对关系求各种参数动三轴试验记录PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建=动三轴试验ledemg)1(+=)1(2m+=EG动三轴试验动力试验破坏标准uϕ′st0•在某种静应力状态下,周期荷载使土试件在某一振次下发生破坏,这时试件450面上的动剪应力σd/2,即为土的动强度。•动强度曲线动三轴试验动强度指标Cd和φdNf32dsss3关于Seed&Idriss(判断土体液化)分析方法:*基础:将地震剪应力(随t不规则变化)转化为均匀剪应力(等效循环次数)的作用。*关键:获得抗液化剪应力(用等效循环次数方法通过室内动三轴试验获得)*判别:地震剪应力Vs抗液化剪应力前者大于后者,液化;前者小于后者,则不液化。液化判别动三轴试验Seed液化评估简化分析法将地震作用视为一个由基岩垂直向上传播的水平剪切波,当该振动输入到被视为具有内部粘滞阻尼的弹性系统(覆盖于沉积岩的土体)时,将引起一种随时间而涨落变化的地震剪应力。maxmax()rhaggt=maxmax()()ddrrtt=为折减系数(剪应力随深度增大而减小)dr最大地震剪应力:实际最大地震剪应力:动三轴试验主要内容•动荷载及土的动力特性测试内容–动荷载类型–土的动力特性测试内容•动三轴试验及动力特性参数的确定–动三轴仪器介绍–动三轴试验原理–土体动力特性试验参数Ø动三轴试验新技术及应用–弯曲元技术及应用–双向振动的实施–不规则荷载施加及刚度的设置PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建=r.Vs²Vs=L/t剪切波传播信号的正确分析Ø弯曲元波速测试基本问题——激发元接收元p压电弯曲元剪切波速测试原理弯曲元技术及应用动三轴试验新技术及应用•2003-2005,国际土力学与岩土工程学会TC-29组织了“InternationalParallelTestontheMeasurementofGmaxUsingBenderElementsbyTC-29”,邀请全球11个国家的22个实验室参与试验.浙江大学岩土所为中国唯一参加单位•交流全球相关学者对弯曲元技术的认识与应用经验,初步建立起弯曲元技术的操作标准HX-100动三轴仪中自己研制的弯曲元系统p弯曲元波速测试国际平行试验弯曲元技术及应用动三轴试验新技术及应用GDS配置的弯曲元pTC-29总结报告对ZJU弯曲元系统评价RegionCountryNo.ofLab.PrincipleInvestigatorAsia(12,3)China1Prof.Y.M.ChenJapan10Dr.S.Yamashitaetal.Korea1Prof.D.-S.KimEurope(9,7)Finland1Dr.T.LänsivaaraFrance2Dr.A.EzaouiItaly2Dr.R.CastellanzaNetherland1Dr.E.d.HaanPortugal1Dr.C.FerreiraRomania1Dr.A.CristianUK1Dr.A.TakahashiNorthAmericaCanada1Dr.D.Wijewickreme国际平行试验参与单位0.600.650.700.750.800.850.9020406080100200400eG(MPa)σv'=100kPa:SaturatedK=1.0:900F(e)σ'v0.4(kgf/cm2):DryZJU0.600.650.700.750.800.850.9020406080100200400eG(MPa)σv'=100kPa:SaturatedK=0.5:DryZJUTC-29报告数据汇总研究进展1——土体动力特性研究弯曲元技术及应用动三轴试验新技术及应用用单向动三轴代替双向动三轴模拟地震单元体45度剪切面上:(利用45度面上的剪应力模拟地震中土体所受的水平剪应力)/2ddts=普遍认为在模拟地震作用上存在以下等效:双向振动的实施动三轴试验新技术及应用单向动三轴双向动三轴ds=+球应力作用+=(只产生瞬时的孔压和应变,而不累积)1s3s2ds-1s3s2ds+2ds-单双向动三轴模拟地震应力路径对比双向振动的实施动三轴试验新技术及应用双向单向0s1+s3/2s1-s3/20s45o2ds2ds-p双向振动时的应力路径0123456780790800810820830840850860Radialstress/kPaNRadialstress围压0123456790800810820830840850860Axialstress/kPaNAxialstress轴压(正弦波)750775800825850875900-40-30-20-10010203040(σ1+σ3)/2/kPa(σ1-σ3)/2/kPa应力路径应力路径810815820825830835840845850-30-20-10010203040(σ1+σ3)/2/kPa(σ1-σ3)/2/kPa应力路径起始点结束点第一周的应力路径轴向振动控制侧向振动控制双向振动的实施动三轴试验新技术及应用PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建残余孔压、变形曲线对比0246810121416180102030405060708090Numberofcycles/NDr=26.8%CSR=0.341(单向)Dr=25.6%CSR=0.345(双向)Porepressure/kPa024681012141618-9-8-7-6-5-4-3-2-10Dr=26.8%CSR=0.341(单向)Dr=25.6%CSR=0.345(双向)Axialdisplacement/mmNumberofcycles/N010203040506070809010011012001020304050607080Dr=24.2%CSR=0.260(单向)Dr=25.9%CSR
本文标题:动三轴试验技术及进展
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