一种测试土动本构关系与动强度参数的方法

摘要

本发明涉及一种测试土动本构关系与动强度参数的方法，它是在动三轴试验机上装好土样并固结，设置振动频率波形振动次数和所施加的外力，施加不断增大的外力振动，保持振动次数相同。当应变到一定程度时（一般为5%-8%）停止试验。相同的动应力，只取振动的最后三次进行处理，并对应变取均值。在同一坐标系下绘制以动应力与动应变为坐标的关系曲线。按照总应力法整理强度指标，算出对应于此动力条件下的主应力，画动强度的总应力morh应力圆，将不同围压下应力圆画在同一坐标下，求出三圆的公切线，确定纵截距和斜率，即动力条件下的动粘聚力和动摩擦角。本发明方法简单结果准确，大大简化试验的工作量，是对有时间要求的工程试验的绝佳选择。

说明书

技术领域

本发明属于测试土的强度的试验方法，尤其是涉及一种用简便方法测试土动本构关系与动强度参数及阻尼比的方法。

背景技术

振动三轴试验属于土的动态测试内容，是室内进行土的动力特性测定时普遍采用的方法。我国对土在地震作用下的变形和稳定性的研究，主要是利用振动三轴试验方法来研究地基和边坡的抗液化稳定性，后来振动三轴试验写入水利部规范大大推动了土的动力特性的试验研究。但是，迄今为止还未有较统一的测试方法。目前建设行业标准中只有水利部的《土工试验规程》有振动三轴试验的一些介绍，试验设备为电磁式振动三轴仪，仪器误差较大，得出的试验参数规律性较差。目前国外对振动三轴的研究较多采用英国GDS公司的电机控制式动三轴试验系统，三轴压力室和动力驱动器合为一体，从压力室底座施加轴向力和轴向变形。压力室由装有马达驱动的基座螺旋传动，通过平衡锤消除动态试验对恒定围压的影响，数据采集采用kernel模块最多每秒采集1000个数据。

传统的动三轴试验为得到动强度、阻尼比等参数用如下模式进行试验:对同一密度的试样宜选择1-3个固结比,在同一固结比下应选择1-3个不同的侧向压力，每一侧向压力下3至4个试样选择不同的振动破坏周次（10周20周和100周左右）进行试验。这种方法需要试件较多，需要27-36个试样，且不能保证实验数据有较规则的规律。对于每个试件，并不能得到完整的应力应变曲线，其曲线是针对不同振次的函数，不能与静力的应力应变对比，只能得到动强度。由于试件并不完全相同，可能不一定得到动强度随固结比增大而增大这一单一规律，结果不能归一化。

传统的动三轴试验为得到动应力-动应变关系曲线用如下模式进行试验：对同一密度的试样宜选择1-3个固结比,在同一固结比下应选择1-3个不同的侧向压力，每一侧向压力下对至少10个试样进行振动，直到破坏为止。若10个试样得出的动应力-动应变曲线与骨干曲线差异大，则该工况下试样的试验需要重做。此方法需要试件更多，需要至少90个试样，完成一次试验至少需要2个月以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简便测试，制备试样少的一种测试土动本构关系与动强度参数及阻尼比的方法。

本发明的技术方案：一种测试土动本构关系与动强度等参数的方法，它包括以下步骤：

（1）在动三轴试验机上装好土样并固结：等向固结先对试样施加侧向压力，然后逐级施加均等的侧向压力和轴向压力直到侧向压力和轴向压力相等并达到预定压力；不等向固结应在等向固结变形稳定后逐级增加轴向压力直到预定的轴向压力；

（2）根据实际模拟土的排水条件选择排水开关的开启和关闭，设置振动频率、振动波形、振动次数和施工的外力：设置振动频率为1—5Hz，波形为正弦波，施加逐级增长的动压力，保持振动次数相同，振动次数取决于土样所在地点的震动烈度；

（3）当应变达到一定程度时停止试验，对数据进行处理：当应变达到5%—8%时停止试验，在相同动应力下，只取振动的最后三次进行数据处理，取最大应力及与此对应的应变，并对这三组应力-应变值取均值，对最后一个加载周期进行分析，画出其动应力与动应变滞回圈，即可求出其阻尼比；

（4）改变固结比Kc与围压大小，重复步骤（1）-（3），测得不同动应力作用下循环一定次数后的动应变；

（5）在同一坐标系下，绘制同一围压下动应力与动应变为坐标的关系曲线，即为动力作用下应力应变的本构关系，土的动力参数均可根据此曲线推算；

（6）对不同固结比Kc和围压，重复步骤（5）；

（7）按照总应力法整理强度指标，算出对应于此动力条件下的主应力，画动强度的总应力morh应力圆，将不同围压下应力圆画在同一坐标下，求出三圆的公切线，确定纵截距和斜率，即动力条件下的动粘聚力和动摩擦角。

所述的施加外力的动压力增幅取决于在动压力力作用下的试样动应变，相邻两次动压力力增幅主要受试样材料特性控制，不同强度与刚度的材料施加压力力差距较大，大致有如下关系，并需要根据实际的试验情况及时调整。当应变εd<1%，施加压力梯度为F=6N、12N、24N、48N、84N、168N。当1%<应变εd<8%时，施加压力梯度为F=336N、672N、756N、924N、1192N、1360N、1528N、1696N。

本发明的有益效果：相同固结比只需要3个试样就可以做出完整的动应力-动应变本构关系，方法简单结果准确，大大简化试验的工作量，是对有时间要求的工程试验的绝佳选择；该方法采用动三轴仪来测试土样的动力特性，获得土的土动本构关系、动强度参数及阻尼比等基本参数，极大提高了基础建设中对动力稳定性评价的试验效率，并且可以有效降低试验费用，具有很强的可操作性，填补了目前规范中对动本构关系等试验方法的空白。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种测试土动本构关系与动强度等参数的方法，它包括以下步骤：

（1）在动三轴试验机上装好土样并固结：等向固结先对试样施加侧向压力，然后逐级施加均等的侧向压力和轴向压力直到侧向压力和轴向压力相等并达到预定压力；不等向固结应在等向固结变形稳定后逐级增加轴向压力直到预定的轴向压力；

（2）根据实际模拟土的排水条件选择排水开关的开启和关闭，设置振动频率、振动波形、振动次数和施工的外力：设置振动频率为1—5Hz，波形为正弦波，施加逐级增长的动压力，保持振动次数相同，振动次数取决于土样所在地点的震动烈度；

（3）当应变达到一定程度时停止试验，对数据进行处理：当应变达到5%—8%时停止试验，在相同动应力下，只取振动的最后三次进行数据处理，取最大应力及与此对应的应变，并对这三组应力-应变值取均值，对最后一个加载周期进行分析，画出其动应力与动应变滞回圈，即可求出其阻尼比；

（4）改变固结比Kc与围压大小，重复步骤（1）-（3），测得不同动应力作用下循环一定次数后的动应变；

（5）在同一坐标系下，绘制同一围压下动应力与动应变为坐标的关系曲线，即为动力作用下应力应变的本构关系，土的动力参数均可根据此曲线推算；

（6）对不同固结比Kc和围压，重复步骤（5）；

（7）按照总应力法整理强度指标，算出对应于此动力条件下的主应力，画动强度的总应力morh应力圆，将不同围压下应力圆画在同一坐标下，求出三圆的公切线，确定纵截距和斜率，即动力条件下的动粘聚力和动摩擦角。

所述的施加外力的动压力增幅取决于在动压力力作用下的试样动应变，相邻两次动压力力增幅主要受试样材料特性控制，不同强度与刚度的材料施加压力力差距较大，大致有如下关系，并需要根据实际的试验情况及时调整。当应变εd<1%，施加压力梯度为F=6N、12N、24N、48N、84N、168N。当1%<应变εd<8%时，施加压力梯度为F=336N、672N、756N、924N、1192N、1360N、1528N、1696N。