双向动荷载作用下重塑红土动变形特性研究

摘要

红土是热带、亚热带地区广泛分布具有特殊工程地质性质的土体，在我国中西部、南方各省市大面积分布有红土，研究红土的动力特性对红土地区的工程抗震设计具有积极的意义。以往对土体动力特性的研究通常利用动三轴仪在单向激振条件下进行试验，并用45°面上的应力来模拟浅源或弱震地震发生时地震荷载对土体产生的水平剪切动荷载，而当深源或强震地震发生时，只考虑把地震荷载简化为水平剪切动荷载而忽略地震纵波对土体产生的拉压动荷载作用是不合理的。
　　目前，在双向动荷载作用下对红土的动力特性的研究尚未展开，而传统的利用单向动荷载作用模拟地震荷载的研究具有一定的局限性。基于此，本文利用SDT-20型双向动三轴仪探究了红土在双向动荷载作用下的动变形特性，主要分析了含水率、固结应力、固结比、径向动荷载幅值、相位差等因素对红土动应力应变关系曲线、动剪切模量、动剪切应变、滞回曲线、阻尼比的影响。通过本文的试验研究得到了以下结论:
　　(1)固结应力不同时，红土动应力应变关系益线随着初始双向动荷载耦合作用的变化表现出不同的变化特性，当固结应力为100kPa时，径向动荷载幅值越大即初始双向动荷载耦合作用越强，施加动荷载初期动应力应变关系曲线更陡、更高;当固结应力为200kPa和300kPa时，随着初始双向动荷载耦合作用增强，动应力应变关系曲线先变陡、变高，再变缓、变低。
　　(2)双向动荷载作用下，红土在不同径向动荷载幅值卜的Gd～γd关系曲线分布在一个较小的范围内，而Gd～N关系曲线有明显分离，随径向动荷载幅值的增大，相同循环周次下红土的动剪切模量减小;随固结比的增大，相同动剪应变下红土的动剪切模量增大，这主要是因为预压密作用所致;双向动荷载作用下，红土的初始动剪切模量随着相位差的增大先减小后增大，并在相位差为180°时达到最小值。
　　(3)径向动荷载幅值越大，红土动剪切应变发展速度越快，相同循环周次下，红土的动剪切应变随着预剪应力和固结应力的增大而减小越大;红土动剪切应变的发展速度随着相位差的增大先增大后减小，并在相位差为180°时达到最大值。
　　(4)双向动荷载作用下滞回曲线的形状基本呈“月牙形”而不是“椭圆形”，这是因为动三轴仪做出的实际资料中，包含着塑性变形;双向动荷载作用下，含水率和固结应力对等压固结时红土试样的破坏模式有明显的影响，含水率较低、固结应力较小时，试样的拉伸变形发展较快，并最终呈受拉破坏模式，而含水率较高、固结应力较大时，试样压缩变形发展较快，并最终呈受压破坏模式;一定范围内径向动荷载幅值的施加和增加对红土的破坏模式没有影响，但随着径向动荷载幅值的增加，滞回曲线向左偏移，红土试样的压缩变形发展被抑制，说明径向动荷载的施加会促使试样拉仲变形的发展。
　　(5)含水率对红土的阻尼比有一定影响，w＜20％时，阻尼比随含水率的增大而增大，w＞20％时，含水率对阻尼比的影响可以忽略不计;径向动荷载对阻尼比变化影响的规律性不明显;动剪应变较小(γd＜1％)时，阻尼比的变化没有特定规律，而当γd＞1％时，随动剪应变增加阻尼比处于稳定平衡阶段，本文建议采用稳定平衡阶段计算出的阻尼比为准作为参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 单向激振下土体动变形特性研究现状

1．2．2 双向激振下土体动变形特性研究现状

1．2．3 红土动力特性研究现状

1．3 本文的研究意义和研究内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

2．1．1 试验仪器介绍

2．1．2 试验食品相关参数

2．2 试样的物理性质指标和试样制备

2．2．2 试样制备

2．3 试验方案与试验步骤

2．3．1 试验方案

2．3．2 试验步骤

第三章 双向动荷载作用下红土的动剪切模量特性

3．1 动应力应变关系曲线

3．2 动剪切模量概述

3．3 红土的动剪切模量特性

3．3．1 不同径向动荷载幅值下红土的动剪切模量

3．3．2 不同固结比下红土的动剪切模量

3．3．3 不同相位差下红土的初始动剪切模量

3．4 本章小结

第四章 双向动荷载作用下红土的动变形特性

4．1 动变形概述

4．2 红土的动剪切应变特性

4．2．2 不同固结应力下红土的动剪切应变

4．2．3 不同相位差下红土的动剪切应变

4．3 红土的滞回曲线特性

4．3．1 不同含水率下红土的滞回曲线

4．3．2 不同固结应力下红土的滞回曲线

4．3．3 不同径向动荷载幅值下红土的滞回曲线

4．4 红土的阻尼比特性

4．4．1 不同含水率下红土的λ-γd关系曲线

4．4．2 不同径向动荷载幅值下红土的λ-γd关系曲线

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．1．4 红土的滞回曲线特性

5．2 展望

参考文献

致谢

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