不同振动频率下非饱和黄土的动力特性研究

论文摘要

黄土在我国中西部地区分布十分广泛,这些地区的工程建设也日益增多。目前对黄土的动力特性研究,多数都是限定于固定频率下,研究土样含水率,固结比等条件对其动力特性的影响。而在实际工程中,黄土土体所受到的动力荷载的振动频率肯定不局限于某个或某些值。仅仅研究某一个振动频率下黄土的动力特性显然是不能满足工程实际情况要求的。对不同振动频率下黄土土体的动力特性进行研究,有着重要的理论价值和实际价值。本文通过在动扭剪三轴仪上对黄土原状样和重塑样进行不同振动频率、不同固结压力、不同含水率试样的动扭剪试验,分析了振动频率对黄土的动本构关系、动模量、阻尼比、动剪切结构强度、振陷等动力特性的影响。并通过对压实黄土在动扭剪三轴仪上进行不同振动频率、不同围压下的剪切破坏试验,分析了振动频率对压实黄土的动强度和动强度参数的影响。取得的主要结论如下:（1）在不同振动频率下,原状黄土和重塑黄土的动应力～应变本构关系均呈双曲线型,原状黄土的双曲线规律比重塑黄土的更明显。（2）在含水率、围压相同的情况下,原状黄土的最大动模量随着振动频率的升高而增加;在振动频率、围压相同时,含水率越小,其最大动剪切模量越大;围压的大小对原状黄土的最大动剪切模量也有显明显著影响,在相同的含水率下,围压越大其最大动剪切模量越大。振动频率对重塑黄土的最大动剪切模量影响不明显。（3）振动频率对阻尼比的影响不明显,阻尼比与动剪应变的关系比较离散。原状黄土的阻尼比值大多数均在0.20～0.40的范围内,重塑黄土的阻尼比值大多数在0.15～0.35的范围内。（4）在含水率较低的情况下,非饱和黄土的原状-重塑应力差均会出现峰值,随后开始降低并趋于稳定;在含水率较高的情况下,原状-重塑应力差随动剪应变的展开而升高,并在应变达到1%后趋于稳定。在含水率和围压相同的情况下,非饱和黄土的动剪切结构强度随振动频率的增加而增大,但增大的程度并不明显。（5）在振动频率和围压都相同的情况下,对于同一动剪应力,含水率越高,其残余应变越大,即产生的振陷变形越大,说明了水对非饱和黄土的振陷特性有明显的弱化作用。在动扭剪条件下,振动频率对非饱和黄土的残余应变影响并不明显。在相同外部和内部条件下,当动剪切应力相同时,原状黄土的残余应变小于重塑黄土的残余应变,即重塑黄土更容易产生振陷。（6）围压一定的情况下,压实黄土的动强度随振动频率的升高而增大。在破坏振次相同的情况下,压实黄土的动强度参数均随着振动频率的升高而增大;在振动频率相同的情况下,cd和φd随破坏振次的增大都呈减小并有逐渐趋于稳定的趋势。cd和φd都可以用对数方程进行回归拟合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究意义
• 1.2 黄土动力特性研究方法
• 1.3 黄土动力特性研究基本成果与分析
• 1.3.1 非饱和黄土的动本构关系
• 1.3.2 非饱和黄土的动模量和动剪切模量
• 1.3.3 非饱和黄土的阻尼比
• 1.3.4 非饱和黄土的动强度和动强度参数
• 1.3.5 黄土的结构性和结构强度
• 1.3.6 非饱和黄土的振陷特性
• 1.4 本文研究思路与研究内容
• 第二章 试验方案与试验设备、土样
• 2.1 试验方案及方法
• 2.1.1 频率选用原则
• 2.1.2 试验方案
• 2.1.3 动模量阻尼试验方法
• 2.1.4 压实黄土动强度试验方法
• 2.2 试验设备
• 2.2.1 动扭剪三轴仪
• 2.2.2 仪器调试与操作
• 2.3 试验土料及试样制备
• 2.3.1 试验土料
• 2.3.2 试样制备
• 第三章 振动频率对非饱和黄土动力特性的影响
• 3.1 非饱和黄土的动本构关系
• 3.1.1 原状黄土的动本构关系
• 3.1.2 重塑黄土的动本构关系
• 3.2 非饱和黄土的动剪切模量
• 3.2.1 动剪切模量随动剪应变变化趋势
• 3.2.2 振动频率对最大动剪模量的影响
• 3.3 非饱和黄土的阻尼比
• 3.3.1 阻尼比计算方法
• 3.3.2 非饱和黄土的阻尼比
• 3.4 非饱和黄土动剪切结构强度
• 3.4.1 动扭剪条件下黄土结构强度表达方式
• 3.4.2 振动频率对动剪切结构强度的影响
• 3.5 非饱和黄土的振陷特性
• 3.5.1 动扭剪条件下非饱和黄土的振陷
• 3.5.2 含水率对非饱和黄土振陷系数的影响
• 3.5.3 振动频率对非饱和黄土残余应变的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 振动频率对压实黄土动强度特性的影响
• 4.1 不同振动频率下压实黄土的变形特性
• 4.1.1 振动频率对压实黄土轴向变形的影响
• 4.1.2 振动频率对压实黄土动剪应力的影响
• 4.1.3 振动频率对压实黄土动剪应变的影响
• 4.2 不同振动频率下围压对压实黄土动强度的影响
• 4.3 振动频率对压实黄土动强度的影响
• 4.4 振动频率对压实黄土动强度参数的影响
• 4.5 压实黄土动强度参数的定量表达
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介