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土的动力特征参数土的动力特征参数2010-04-1809:399.5.1土的主要动力特征参数在实际应用中需要用某种数学的或物理的模型来描述土在动荷载作用下应力应变关系，这就是动力特征参数。
土的动力特征参数一般分为两类。
一类是与土的抗震稳定性直接有关的参数，如动强度、液化特性、震陷性质等;另一类是土作为地震波传播介质时表现出来的性质，也就是土层动力反应分析中使用的参数，如剪切波速、动模量(动弹性模量或动剪切模量)、阻尼特性(阻尼比或衰减系数)、振动条件下的体积模量和泊松比等。
其中动剪切模量和阻尼比是表征土的动力特征的两个很重要的参数。
1.土的动剪切模量动剪切模量Gd是指产生单位动剪应变时所需要的动剪应力，即动剪应力与动剪应变之比值，按下式计算:(9-5)动剪切模量Gd可由滞回曲线顶点与原点的直线的斜率表示。
由骨架曲线可知,随着或的增大，Gd越来越小，即土的动剪切模量随着动应力或动应变的增大而减小。
2.土的阻尼比土的阻尼比是指阻尼系数与临界阻尼系数的比值。
阻尼比是衡量吸收振动能量的尺度。
土体作为一个振动体系，其质点在运动过程中由于粘滞摩擦作用而有一定能量的损失，这种现象称为阻尼，也称粘滞阻尼。
在自由振动中，阻尼表现为质点的振幅随振次而逐渐衰减。
在强迫振动中，则表现为应变滞后于应力而形成滞回圈。
由物理学可知，非弹性体对振动波的传播有阻尼作用，这种阻尼力作用与振动的速度成正比关系，比例系数即为阻尼系数，使非弹性体产生振动过渡到不产生振动时的阻尼系数，称为临界阻尼系数。
地基或土工结构物振动时，阻尼有两类，一类是逸散阻尼，由于土体中积蓄的振动能量以表面波或体波(包含剪切波和压缩波)向四周和下方扩散而产生的;另一类是材料阻尼,由于土粒间摩擦和孔隙中水与气体的粘滞性引起。
在用有限元分析地震影响时,由于已经考虑了振动能量的扩散,故仅采用材料阻尼。
无粘性土的阻尼比受有效应力的影响明显,粘性土的阻尼比随着塑性指数的增加而降低，随着时间增长而降低。
目录试验1：单孔法（检层法）波速测试 (1)一、试验目的 (1)二、试验基本原理 (1)三、试验设备描述 (2)四、试验过程与步骤 (2)五、数据处理 (2)试验2：面波（瑞利波）波速测试 (9)一、试验目的 (9)二、试验基本原理 (9)三、试验设备描述 (9)四、试验过程与步骤 (9)五、数据处理 (10)试验3：反射波法测试桩的完整性 (13)一、试验目的 (13)二、试验基本原理 (13)三、试验设备描述 (13)四、试验过程与步骤 (13)五、数据处理 (14)参考文献 (16)试验1：单孔法（检层法）波速测试试验日期：2012年11月12日（第10周周一，7、8节课）试验地点：岩土楼后试验场一、试验目的测试各个土层的波速，为工程抗震设计和研究土的动力特性提供具体参数。
二、试验基本原理单孔法波速测试，是在一个垂直钻孔中进行波速测试的一种方法。
首先根据勘察要求用钻机成孔，然后将钻孔检波器放至预定深度的测试点，并同时在孔口附近设置激震板，测出由激震板产生的波到孔中检波器所需的时间t ，就可以求得剪切波在土中的波速（本试验中，波速均为土层平均波速）。
试验示意图如图1-1所示。
图1-1 单孔法波速测试示意图波速计算公式为：s L v t= 式中，L 为波的行程，22L H R =+；H 为测试点深度；0.97m；180°的剪切波特性确定。
三、试验设备描述1、激震板。
一块长约3m，宽约0.3～0.4m，厚约0.1m的木板。
测试孔应位于木板长轴的中垂线上，距离为约1m，本试验中为0.97m。
木板与地面紧密接触，同时木板上应该有约500Kg的压重（本试验中是在木板上站7名同学作为压重）。
2、重锤。
用于敲击激震板两端，从而产生弹性波。
3、检波器及连接线。
检波器有两个，孔口检波器（单向检波器）用于采集木板下的激震波，而钻孔检波器（三分向检波器）应放至预定深度的测试点，用于接收波信号。
4、信号采集系统。
土的动力性质正文动力作用下的土的力学性能。
当土的应变（纵向应变或剪应变）在10-6～10-4范围（如由于动力机器基础、车辆行驶等所引起的振动）时，土显示出近似弹性的特性；当应变在10-4～10-2范围（如打桩、中等程度的地震等所引起的振动）时，土具有弹塑性的特性；当应变达到百分之几的量级（如0.02～0.05）时，土将发生振动压密、破坏、液化等现象。
因此，土的主要动力特性通常以10-4的应变值作为大、小应变的界限值。
在小应变幅情况下，主要是研究土的动剪切模量和阻尼；在大应变幅情况下则主要研究土的振动压密和动强度问题；而振动液化则是特殊条件下的动强度问题。
所以，土的动力性质主要是指动剪切模量、阻尼、振动压密、动强度和液化（见砂土液化）等五个方面。
土的动剪切模量小应变幅的动剪切模量常用野外波速法和室内共振柱试验测定，也可用经验公式估算。
波速法根据所测得的从振源到拾振器之间的距离和剪切波（或压缩波）到达拾振器所需要的时间来计算剪切波波速v s，则得：(1)式中G d为土的动剪切模量；ρ为土的质量密度。
波速法按其激振和接收方式的不同，有表面波波速法、上孔法、下孔法和跨孔法（两个或更多个钻孔）等，以后者用得较多（见工程地球物理勘探）。
共振柱法在实心或空心的圆柱形土样上施加纵向振动或扭转振动，并逐级增大驱动频率，直到试样发生共振为止。
根据一端固定、一端自由的端部条件，并忽视端部激振器的质量，可得G d＝16f2l2γ/ɡ(2)式中f为扭转振动时的共振频率；l为试样的高度；γ为土的容重；ɡ为重力加速度。
影响土的动剪切模量的变量有剪应变幅、有效平均主应力、孔隙比、颗粒特征、土的结构、应力历史、振动频率、饱和度和温度等，其中有几个变量是相互联系的（如土的孔隙比、结构和颗粒特征）。
对小应变幅动剪切模量，剪应变幅的影响可以忽略。
对于净砂，在小剪应变幅（小于10-5）的情况下,动剪切模量主要是孔隙比和有效平均主应力的函数。
地基动力特性测试激振法测试4. 1 一般规定4.1.1本章适用于强迫振动和口由振动测试夭然地基和人工地基的动力特性，为机器基础的振动和隔振设计提供动力参数。
4.1.2属丁•周期性振动的机器基础，应釆用强迫振动测试。
4.1.3除桩基外，天然地基和其它人工地基的测试，应提供下列动力参数：（1）地基抗压、抗剪、抗弯和抗扭刚度系数：（2 ）地基竖向和水平回转向第一振型以及扭转向的阻尼比：（3 ）地基竖向和水平回转向以及扭转向的参振质量。
4.1.4桩基应提供下列动力参数：（1）单桩的抗压刚度：（2 ）桩基抗剪和抗扭刚度系数；（3）桩基竖向和水平回转向第一振型以及扭转向的阻尼比：（4 ）桩基竖向和水平回转向以及扭转向的参振质量。
4.1.5基础应分别做明置和埋置两种情况的振动测试。
对埋置基础，其四周的回填土应分层夯实。
4.1.6激振法测试时，除应具备本规范第3. 0.1条规定的有关资料外，尚应具备下列资料：（1）机器的型号、转速、功率等；（2 ）设计基础的位置和基底标高;（3 ）当采用桩基时，桩的截面尺寸和桩的长度及间距。
4.1.7测试结果应包括下列内容：（1 ）测试的各种幅频响应曲线；（2 ）地基动力参数的试验值，可根据测试成果按本规范附录A第A. 0.1条的格式计算确定;（3）地基动力参数的设计值，可按本规范附录A第A. 0. 2条的格式计算确定。
4. 2设备和仪器4.2.1强迫振动测试的激振设备，应符合下列要求：（1）当采用机械式激振设备时，工作频率宜为3〜60Hz；（2 ）当采用电磁式激振设备时，其扰力不宜小于600N。
4.2.2 口由振动测试时，竖向激振可采用铁球，其质量宜为基础质量的1/100〜1/150。
4.2.3传感器宜采用竖直和水半方向的速度型传感器，其通频带应为2〜80Hz,阻尼系数应为0. 65〜0. 70,电压灵敏度不应小于30V • s/m,最大可测位移不应小F 0. 5mm。
4.2.4放大器应采用带低通滤波功能的多通道放大器，其振幅一致性偏差应小于3%,相位一致性偏差应小于0. 1ms,折合输入端的噪声水半应低T-2uVo电压增益应大T- 80dB.4. 2.5釆集与记录装置采用多通道数字釆集和存储系统，其模燉转换器（A/D）位数不宜小F 12位，幅度畸变小于1. OdB,电压增益不宜小于60dBo4.2.6数据分析装置应具有频谱分析及专用分析软件功能，其内存不应小I' 4. OMB,硬盘内存不应小T- 100MB,并应具有抗混淆滤波、加窗及分段平滑等功能。
粘性土的动力特性实验及数值模拟戴文亭,陈 星,张弘强吉林大学交通学院,长春 130025摘要:使用产自日本的DT C-306型多功能电液伺服动态三轴仪,对粉质粘土进行动三轴试验。
在试验提供的各种参数和数据的基础上,利用有限元程序A BA Q U S 建立动三轴试件的三维有限元模型,模拟在循环荷载作用下粉质粘土的动力变形特性;并通过与动三轴试验相关数据的大量对比分析,验证了模型的可靠性。
然后在建立的三维有限元模型的基础上,进一步用数值模拟的方法研究了土体动力变形与各影响因素间的关系,得出如下结论:初始弹性模量、阻尼系数、受荷形式对土的塑性变形影响最大,应力幅值、围压、频率、加荷周数次之,加载波形的影响最小,不同波形对塑性变形的影响取决于荷载最大值时历时的长短。
有限元数值模拟方法在一定程度上可以替代动三轴实验。
关键词:动三轴;循环荷载;动力特性;有限元法;数值模拟;粘性土中图分类号:P642.11 文献标识码:A 文章编号:1671-5888(2008)05-0831-06收稿日期:2008-03-07基金项目:国家/8630项目(2007A A11Z114)作者简介:戴文亭(1964)),男,江苏丰县人,副教授,博士,主要从事道路岩土工程方面的教学与研究工作,E -ma il:da-iw enting 64@163.co m 。
Experiment and Nu merical Simulation ofDynamic Behavior for Cohesive SoilsDAI Wen -ting,CH EN Xing ,ZH A NG H ong -qiangColleg e of Tr ansportation and Tr af f ic ,J ilin Univ er sity ,Ch angch un130025,ChinaAbstract:T he dy namic tr-i ax ial instr um ent of DT C -306m ade in Japan is used to make cy clic tr-i ax ial test o f silty clay under dy nam ical loading by lo ad control.On the basis o f various parameters and data offered fr om the test,utilizing comm on finite element procedur e ABAQUS to set up the three -d-i m ensio nal finite element mo del of the dy nam ic tr-i ax ial sam ple,the dynamical defor mation behavior o fsilty clay under cy clic load is simulated.T hr oug h a lot of co ntrast analy sis to the dynamic tr-i ax ial test relation data,the r eliability of the m odel is validated.Then based on the finished three -dim ensional f-i nite element m odel,the relationship betw een dy namic deform ation and the influence factors is re -searched,and the results are as follo w s:the first im po rtant influential factors of so il plastic defo rmatio n ar e initial elastic modulus,damping facto r and ty pe of cy clic load,then the m ag nitude of cyclic lo ad,sur -r ounding stress,frequency and the number of cyclic times,and the m inimum influential facto r is type o f load w av e.T he numerical sim ulation method of finite elem ent can substitute the dynamic tr-i ax ial test to a certain ex tent.Key words:dynam ic tr-i ax ial test;cyclic load;dynamical behav io r;finite elem ent method;numer-i cal sim ulation;viscosity soil第38卷 第5期2008年9月吉林大学学报(地球科学版)Jour nal of Jilin U niver sity(Ea rth Science Editio n)Vo l.38 No.5Sep.20080引言随着我国经济建设和交通运输事业的发展,车流量、行车速度和载重量不断增加,特别是随着高速铁路建设,如京沪高速等在我国的大规模开展,循环施加的交通荷载[1-2]对路基受力变形特性的影响也越来越大[3-6];而我国东部沿海地区广泛分布着高含水量的粘性土,路基的沉降病害问题十分突出,如高速公路路面因路基下沉而致开裂。
