原状土与重塑土的动三轴对比试验及研究

贾富利 许华青

(华北水利水电大学，河南 郑州 450045)



原状土与重塑土的动三轴对比试验及研究

贾富利 许华青

(华北水利水电大学，河南 郑州 450045)

以甘肃中试厂的地基土为研究对象，采用GCTS STX-100双向振动三轴仪，开展了重塑粘性土样和原状粘性土样相对比的三轴试验，并评价了重塑粘性土及原状粘性土的动力特性，结果表明：原状粘性土和重塑粘性土的动弹性模量随着动应变的增加而减小，但是与围压成正比，同时动应力会随着动应变的增加而增大；最大动剪切模量在围压增大的时候会同时增大，但是当剪应变增大时则会减小；土体扰动减小了土体的动弹性模量和动剪切模量。

三轴试验，粘性土，动弹性模量，围压，动剪切模量

土体的动弹性模量和动剪切模量是土动力学的重要参数，是评价受动力荷载作用如地震和波浪循环荷载的工程场地安全性不可缺少的参数，它对土体的抗震性和地基基础稳定性评价具有重大意义[1]。土体动三轴试验可以很好地模拟动荷载的施加过程及原状土体实际的三向受力状态，本次试验采用GCTS STX-100双向振动三轴仪进行了原状土和重塑土样对比的动三轴试验得出土体的土动力学特征的一些参数[2]：动弹性模量和动剪切模量，为甘肃省土工建筑物设计和计算提供依据和指导，并为粘性土的研究工作提供一些借鉴。

1 试验仪器、试验土样及试验方案

1.1 试验仪器

本次试验采用GCTS STX-100双向振动三轴仪，如图1所示。它适用最大试样直径70 mm，轴向最大压力±25 kN，围力0 MPa～1.0 MPa，反压0 MPa～2.0 MPa，轴向最大频率10 Hz，动态围压频率10 Hz，允许最大轴向位移50 mm，位移测试精度0.01 mm。

1.2 试样制备

试验的原状土样是经专门的削样器切削而成，重塑样则是由切削剩余土样按照指定干密度分3层击实而成。试验的试样是直径50.0 mm，高100.0 mm的圆柱体。制备好的原状土试样和重塑土试样饱和均采用抽气饱和，将饱和器置于装有蒸馏水的抽气缸中，并持续抽气1 h以上，试样静置于水下12 h，试样饱和度在95%以上，开始试验。

1.3 试验方案

试验采用正弦波型加荷，考虑到工程要求和试验仪器频率范围，确定试验频率为1 Hz；所用试样的取土深度以7 m～15 m居多，所以试验采用围压分别为150 kPa，200 kPa，250 kPa，固结比Kc=(σ1-σ3)/σ3=1.0。试验内容如表1所示。

表1 试样动三轴试验内容

2 试验结果与分析

2.1 动弹性模量

动弹性模量带来了动应力以及动变形之中能够恢复的部分之间的联系，是对单位动应变产生时所需要的动应力的研究。

谢君斐等根据大量原状饱和粘性土的动力特性试验的数据的整理，获得动弹性模量的归一化公式：

Ed/Edmax=1/(1+εd/εdr)

(1)

图2～图4分别给出了在不同围压情况之下的重塑土与原状土的动弹性模量、动应力以及动应变三者之间的关系的曲线以及不同围压下原状土、重塑土的动弹性模量与动应变之间的关系曲线，由图2～图4可知，原状土和重塑土的动弹性模量都随动应变的增大而减小，随围压的增大而增大，动应力随动应变的增大而增大，扰动减小了土体的动弹性模量。

2.2 动剪切模量

土的动剪模量是土动力学计算与分析的基本参数之一，也是场地地震安全性评价中必不可少的内容[2]。动三轴试验中测定的轴向应力σd、轴向动应变εd、动弹性模量Ed、动剪应变γd和动剪切模量Gd之间的关系式为：

(2)

(3)

其中，μ为土样的泊松比，对于饱和土取0.5。

(4)

本次试验结果如表2所示[5]，从表2中可以看出最大动剪切模量随围压的增大而增大，而重塑样的最大动剪切模量明显小于原状样，由此可知土体扰动减小了土体的最大动剪切模量。

表2 最大动剪切模量与围压的关系

3 结语

根据试验结果可以得出如下结论：

1)原状土和重塑土的动弹性模量都随动应变的增加而减小，当围压增加时则会增大，同时动应力随动应变的增大而增大。

2)原状土和重塑土的最大动剪切模量都随围压的增大而增大，动剪切模量都随剪应变的增大而减小。

3)土体扰动减小了土体的动弹性模量和动剪切模量。

[1] 孙 静.岩土动力学参数测试技术与应用[M].哈尔滨:黑龙江大学出版社,2007.

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On comparative test of dynamic triaxial tests of undisturbed soil and remoulded soil

Jia Fuli Xu Huaqing

(NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower,Zhengzhou450045,China)

Taking the foundation soil of Gansu Pilot Plant as the research object, the paper adopts GCTS STX-100 double-direction vibration triaxial device to undertake the triaxial test of the remoulded soil sample and the undisturbed soil sample, evaluates the dynamic property of the remoulded soil and the undisturbed soil, and proves the dynamic elastic modulus of the two soils which reduces along with the increasing dynamic strain, but they increases with added confining pressure, illustrates the dynamic stress increases with more dynamic strains and the maximal dynamic shearing modulus also increases with the added confining pressure, but it reduces with the increasing shearing strain, and the earthwork interruption reduces the dynamic elastic modulus and dynamic shearing modulus.

triaxial test, cohesive soil, dynamic elastic modulus, confining pressure, dynamic shearing modulus

1009-6825(2017)11-0065-02

2017-02-09

贾富利(1988- )，男，在读硕士

TU431

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