粗粒土动弹性模量与阻尼比试验研究

摘要

粗粒土具有结构稳定、强度高、承载力高、变形小、动荷载作用下不易发生液化等优良的工程特性，作为良好的工程填料已被广泛应用于各类工程中。对粗粒土的静力特性研究已取得相对成熟的成果，但对地震、交通、爆破等动荷载作用下动力行为特性的研究还不够成熟，特别是在本构模型建立及动力计算时，其动力参数的选取及匹配缺乏必要的基础资料佐证。为防止各类以粗粒土填料为主体的土工构筑物在动荷载作用下出现变形失稳，揭示粗粒土在动荷载作用下的动力响应特征，有必要开展粗粒土填料动力特性的试验研究及动力分析。
　　针对粗粒土填料的动力变形特性，本文采用TAJ-2000大型动静三轴试验仪，对典型粗粒土填料开展室内试验研究，分析了动应变、围压、频率和振动周次等因素对粗粒土动弹性模量与阻尼比的影响规律。试验结果表明，粗粒土动应力-动应变关系具有明显的非线性特征和应变软化特征，对应的1/Ed-εd曲线基本呈线性关系，即粗粒土的动本构关系可用Hardin双曲线模型进行描述，并给出了相应的模型参数;随围压的增大，相同动应力产生的动应变减小;随频率的增大，相同的动应力产生的动应变也越小，动应变越不能充分展开;随着动应变的增大，动弹性模量非线性减小，阻尼比则非线性增大，当动应变达到0.1％后，动弹性模量基本稳定，且不同围压和振动频率下的Ed-εd曲线基本重合;动弹性模量和阻尼比随着围压、频率的增大而增大;不同动应力水平下，动弹性模量随振动周次的增加出现不同程度的衰减，振动频率越低，衰减现象越明显。
　　由试验结果求出了该种粗粒土的最大动弹性模量和最大阻尼比，分析了围压、振动频率对最大动弹性模量的影响规律，给出了最大动弹性模量关于围压、频率的经验公式，并建立了动弹性模量和阻尼比随动应变衰减的经验公式。
　　试验研究结果可为土工建、构筑物抗震设计、动力分析提供一定的依据，也可丰富粗粒土动力参数的研究，并为理论分析提供验证资料。