利用弯曲元测试砂土剪切模量的国际平行试验

首先介绍了弯曲元技术的基本原理和应用研究情况,然后详细报道了浙江大学岩土工程研究所参与此次国际平行试验的试验内容和初步分析结果。试验对象为饱和Toyoura砂,内容为排水条件下的多级加荷三轴(固结比Kc=1,2)和固结仪K0试验,在每级荷载下利用弯曲元测试土样的剪切波速并计算剪切模量Gmax。本文试验结果与弯曲元技术应用方法为TC-29的最终分析提供了有效的试验数据和参考依据。     

干砂饱和砂小应变剪切模量共振柱弯曲元对比试验研究

通过对2种洁净的干砂与饱和砂进行弯曲元与共振柱对比试验研究,得出了可靠的弯曲元剪切波传播时间确定方法,并对饱和砂土弯曲元与共振柱试验结果的偏差进行解释。不同频率激发信号对弯曲元剪切波速传播时间的研究证实,剪切波速随激发频率的增大而增大,采用激发频率为10kHz的初达波法与共振柱试验得到的结果具有较好的一致性。饱和砂土弯曲元与共振柱试验剪切波速结果相差6%～10%,可通过饱和砂土中剪切波速的弥散性对其进行解释。大部分洁净砂在弯曲元试验中激发频率一般大于特征频率,均需考虑剪切波速的弥散性。而对于天然砂土或粉土一般具有较高的特征频率,其弯曲元试验中一般不考虑剪切波速的弥散性。为洁净砂和天然砂土饱和土样的弯曲元测试提供有效方法。     

用扭剪波测试土样剪切波速的新技术

0 前言在岩土工程室内试验中,土样在极小应变量级(<10-5)下的剪切模量(最大剪切摸量)是一个重要力学指标.由于仪器精度的原因,在小应变量级下,土的剪切摸量是无法用普通三轴实验确定的.目前室内测试土样最大剪切模量主要采用共振柱试验的方法,但共振柱仪属于大型土工试验仪器,试验成本很高.     

利用弯曲元测量土体表层剪切波速的初步试验

土体剪切波速是土力学研究与岩土工程设计的关键参数之一。根据压电弯曲元波速测量的方向性,提出了侧向激发与接收的测量模式,使得弯曲元技术可用于室内和现场土体表层剪切波速的测量。在砂土模型内的初步试验表明,以激发元和接收元内侧间距为剪切波传播距离,并采用时域初达波法判别剪切波到达时间,则侧向激发与接收方式弯曲元的剪切波速测量结果准确可靠,精度与常规\"对向激发与接收\"方式相同。该弯曲元测试方法为当前大量涉及的取样扰动评价及地基处理质量控制等重要问题提供了便捷可靠的无损检测手段。     

两种土样剪切波速测试方法的对比试验研究

扭剪波传感器是一种刚刚兴起的土样剪切波速测试装置。将扭剪波测试方法与弯曲单元测试方法通过试验进行了对比,对比结果表明：无论对于粘性土还是砂性土,弯曲单元方法测试结果比扭剪型剪切波速传感器测试结果偏低20％左右。然后用理论剪切波速已知的有机玻璃棒对扭剪型剪切波速传感器的测试结果进行了验证,发现该方法测试结果与理论值相差仅1．2％。这表明用扭剪波测试土样的剪切波速是一种更加可靠的方法。     

砂土小应变动力特性弯曲–伸缩元联合测试试验研究

近年来弯曲元在小应变动力特性测试中得到了广泛应用,但对弯曲–伸缩元的联合测试研究较少,国内对弯曲–伸缩元联合测试的研究几近空白。采用弯曲–伸缩元对福建砂进行了剪切波和压缩波联合测试,通过更宽区段激发频率和不同分析方法对剪切波速和压缩波速的确定进行了系统分析,得到了可靠的剪切波和压缩波传播时间确定方法。采用10~20 k Hz峰值法和互相关法可较方便准确地确定剪切波传播时间;压缩波初始到达较易判断,激发频率对压缩波速影响较小。利用弯曲–伸缩元联合测试得到剪切模量G_0和侧限模量M_0,试验结果表明围压和孔隙比对G_0的影响程度均较对M_0的影响程度大。通过剪切波速和压缩波速可计算得到泊松比,随密实度和围压的增大泊松比均以线性规律减小。为弯曲–伸缩元的进一步应用提供了有效的方法。     

干砂最大剪切模量的共振柱与弯曲元试验

对德国 4 种干砂试样进行了共振柱与弯曲元对比试验,旨在分析弯曲元法测定砂土最大剪切模量时存在问题和解决方法。研究表明：时域初达法判定的剪切波传播时间较其他方法具有更好的稳定性;弯曲元试验测定最大剪切模量输入电压脉冲频率的减小而减小,衰减程度因砂土类型而异,该影响随围压的增大而减弱;对比分析表明,弯曲元与共振柱试验测定的最大剪切模量具有良好的线性关系,对柏林砂和不伦瑞克砂,存在一个临界最大剪切模量,小于该临界值时,弯曲元测值大于共振柱测值,而大于该临界值时,前者小于后者,两者差值随土样刚度增大而增大。对比研究指出,弯曲元试验尽可能采用合适高频脉冲电压作为激发电压,实践中应事先与共振柱试验进行对比。     

利用弯曲元测试水泥土强度方法的研究

将弯曲元应用于对水泥土桩的检测,使得检测工作得到了很大的简化。探索了水泥土样的压缩波速与无侧限抗压强度之间的相关性,进而对弯曲元检测水泥土桩的可行性进行了研究。     

砂土液化势剪切波速简化判别法的改进

结合压电陶瓷弯曲元波速测试技术开展了饱和标准砂的不排水循环三轴试验,并根据试验结果改进了以往提出的利用剪切波速进行砂土液化势判别的简化方法。这种方法本质上基于砂土抗液化剪切强度与弹性剪切模量之间良好的相关性。用改进后的方法全面评价了26次地震、70多个液化场地的液化势,并与国内外其他液化势简化判别法的判别结果作了比较。分析结果表明,改进后的简化方法的评价结果与现场震害调查数据更趋一致。最后,通过一个实例分析]示了利用该改进方法进行土层液化势判别的一般步骤。该改进方法仍有待于深入研究,尤其是对密实砂土场地在强震下的液化评价,需要进一步的试验和现场数据加以佐证。     

离散元模拟中颗粒材料剪切波速的剪切振动确定方法

砂土等颗粒材料的剪切波速是反映其工程性质的重要参数,离散元模拟中实现剪切波速实时测试对研究砂土材料力学性质变化的细观机理具有重要意义。本文基于软件 PFC^3D ,在试样模型中设置激发源和接收源,通过对激发源施加产生剪切振动的速度脉冲、在接收源监测扰动信号,实现了剪切波在颗粒材料中的传播模拟和信号监测,提出了利用激发和接收信号的互相关系数确定剪切波传播时间和评价剪切波传播质量的方法。系统分析了激发频率、激发幅值、激发源和接收源尺寸、阻尼等因素对剪切波速测定的影响,给出了合理的参数取值范围。研究结果得到了均匀颗粒试样理论解的验证。     

循环应力历史对饱和软黏土小应变剪切模量的影响

饱和软黏土的小应变剪切模量Gmax是其基本力学参数。在进行饱和软黏土的有效应力动力分析时,往往认为小应变剪切模量Gmax只随着有效应力的降低而衰减,而不受动荷载应力历史的影响,因此基本采用静力状态下得到的小应变剪切模量代替相同有效应力时动力状态下的小应变剪切模量。但是,对于饱和软黏土,目前并没有足够多的试验数据证明这一假设。基于这一考虑,通过GDS动三轴及弯曲元测试系统,研究了循环应力历史对饱和软黏土小应变剪切模量的影响,试验结果表明循环应力历史对Gmax的影响较大,采用静力状态下得到的Gmax代替动力状态下的Gmax并不可取。同时,发现可以使用小应变剪切模量的突变来表征饱和软黏土的结构破坏。     

固化粉土小应变剪切模量与强度增长相关性研究

小应变剪切模量和无侧限抗压强度是表征固化土刚度和强度特性的两个重要参数。简要介绍了弯曲元测试技术的原理及其在试验中存在的问题,采用压电陶瓷弯曲元测试技术对水泥和木质素固化剂固化粉土试样在不同养护龄期下的小应变剪切模量进行了测试,同时对相应龄期下试样进行了常规无侧限抗压强度试验,通过引入归一化参数G₂₈和UCS₂₈对不同固化土的小应变剪切模量和无侧限抗压强度之间的相关关系进行分析,提出了固化土刚度与强度的相关性模型,可为地基处理中固化土的无损测试与加固效果评价提供新的方法。结果表明,水泥、木质素固化粉土的小应变剪切模量随养护龄期增加而增加,养护龄期28 d内增长显著,28 d后增长趋于平稳;相同类型固化土不论固化剂掺量多少,其小应变剪切模量随养护时间的发展在本质上是相同的;固化土归一化无侧限抗压强度表现出与小应变剪切模量相似的发展趋势;提出的固化土归一化模型可作为一种土体强度无损检测的新方法。     

超重力离心模型试验土体弹性波速监测与表征#br#

压电陶瓷传感器在岩土体弹性波速测试方面具有独特的优势,已在常重力工况下得到了较多的应用。文章针对离心机模型试验的超重力环境对弹性波速测试所提出的严苛要求,研发压电弯曲元和压电压缩元传感器及相应的弹性波速测试技术,主要包括传感器微型化和高频响性能设计,电磁屏蔽和防水接地技术,接收信号的快速叠加和带通滤波处理方法,以及时域初达波法确定接收信号到达时间等。在60g离心加速度下开展一组水平黄土场地的超重力模型试验,重现降雨入渗过程中模型场地土体的软化过程,并利用所研发的弯曲元和压缩元实时监测土体的剪切波速和压缩波速。结合TDR技术监测到的土体密实度,获得土体剪切模量、杨氏模量和泊松比等弹性参数随着土体软化的变化过程,实现超重力环境下模型土体弹性参数的实时监测与表征。     

控制试样初始剪切模量的动三轴液化试验

研制了压电陶瓷弯曲元-动三轴试验系统, 解决了三轴仪内饱和试样的剪切波速测量问题,并阐述了其原理.在此基础上,通过先期振动控制重塑试样的初始剪切模量,并通过不排水应变控制循环三轴试验研究了钱塘江饱和粉土和粉砂的液化性质.     

循环振动对饱和粉土初始动剪模量的影响

初始动剪模量是土体多种结构性因素的综合反映,除固结压力和孔隙比(密度)这两个主要因素外,还受循环振动影响。以往对该因素的研究偏重于干砂,且预振时施加的剪应变幅多低于10-3;对于饱和土体,尤其是对经受过较大振幅振动后土体初始动剪模量的研究十分有限。本文利用安装弯曲元的动三轴仪,在等向固结条件下对不同相对密度的饱和粉土进行不排水循环三轴试验,同时监测试样的剪切波速,获得循环动力加载过程中土的初始动剪模量。为保证试验结果的可靠性,同时进行了共振柱试验,比较确定弯曲元接收信号的到达点;评估了不同孔压发展程度下试验暂停时间对测试结果的影响。结果表明:在一定次数大振幅循环荷载作用下观察到初始动剪模量有别于相同应力下固结后得到的模量值,出现附加衰减或增长,正是循环荷载作用下土微观结构变化的外部宏观表现。这种附加变化由土颗粒接触行为决定,受到试样初始条件和振动幅值等多种因素的影响,表现出不同的变化模式。