动三轴实验报告.pdf

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1、动三轴试验一、试验原理和方法(一)试验原理1振动三轴试验的基本分类振动三轴试验按照动应力的作用方式可分为单向振动三轴试验和双向振动三轴试验两种，其中以单向振动三轴试验最为常用。（1）单向振动三轴试验单向振动三轴试验是在压力室内对一圆柱实心试样施加选定的等向压力σ3，对试样进行固，然后再施加竖向动荷载±σ?，或不进行固结而直接施加竖向动荷载±σ?。等向压力σ3通常是根据天然土层的实际应力状态而定的，例如，可采用天然土层的平均主应力，以便使土样能在近似模拟天然应力条件及饱和度的前提下进行试验，这一要求与静力三轴试验基本相同。动应力的施加也需要

2、能最大限度地模拟天然土层可能承受的动荷载，例如，为了模拟地震作用，通常可根据与基本烈度相当的加速度或预期地震最大加速度，以及土层自重和建筑物附加质量，计算得到相当的动荷载±σ?。在施加等向应力σ3后而施加动荷载±σ?前，试样45°斜面上法向应力也是σ3，剪应力τ为零，但在轴向施加动荷载±σ?后，在45°斜面上产生动剪应力为±σ?/2，而法向压力变为σ3±σ?/2，其应力状态如图1所示。从图中可看出，在轴向动应力σ?作用下，可得出两个应力圆σ1、σ3分别为两个应力圆的大主应力和小主应力。当+σ?作用时，垂直轴向为大主应力，水平方向为小主应力

3、，当-σ?作用时，垂直轴向为小主应力，水平方向为大主应力。动荷载上下循环一周，试样则受压和受拉一次，主应力轴旋转90°，即产生所谓的应力反向问题。(2)双向振动三轴试验双向振动三轴试验,也是采用圆柱形实心试样,与单向振动三轴试验不同的是在压力室内同时对试样施加图1单向振动应力垂直向和水平向的动荷载。双向振动状态图2双向振动应力状态状态三轴试验的初始应力状态仍是按恢复试样的天然应力条件的要求，而在施加动荷载时，则是同时控制垂直向应力和水平向应力变化，但二者以180°相位差交替地施加动荷载，这样，试样内45°斜面上的法向压力可保持恒定，而其上

4、的剪应力则循环交替地改变其符号，从而可在不受应力比σ1/σ3局限的条件下，模拟土层所受的地震剪应力。因此，与单向振动三轴试验相比，双向振动三轴试验的应力条件得到了改善，可以模拟一般的应力条件，如图2所示。从图2a）中可以看出，土单元体在振前作用有垂直应力σ0，剪应力等于0，振动时附加有等幅剪应力±??。从图2b)可以看出，土单元体在振前作用有σ0和?0，振动时附加有±??。由此可以看出双向振动三轴试验比单向振动三轴试验能模拟较多的应力条件，而且解决了单向振动三轴试验所存在的应力反向问题。2动弹性模量E?和动剪切模量G?的测定动弹性模量E?

5、反映土在周期荷载作用下弹性变形阶段的动应力～动应变关系,为动应力σ?与动应变ε?的比值:σ?E?=-------------------------------------------(1)ε?然而，对于具有一定粘滞性或塑性的土样，其动弹性模量E?是随许多因素而变化的，最主要的影响因素是主应力量级、主应力比应变水平以及预固结应力条件和固结度等。为了使所测求的动弹性模量具有与其定义相对应的物理条件，试验时可采取下列措施：（1）试验前，先将试样在模拟现场实际应力或设计荷载条件下固结，固结程度一般达到基本稳定，即试样的变形或承压孔隙水的排水量基

6、本稳定。根据经验，对于一般粘性土及无粘性土，固结时间不少于12h。（2）动力试验应在不排水条件下进行，即在动应力作用下试样所产生的动应变应尽量不掺杂塑性应变的固结变形部分。（3）动力试验应从较小的动应力开始，并连续观测若干周数。此循环周数需视模拟动力对象以及试样的软硬程度及结构性大小而定，一般在10～50周之间，以观测振动次数对动应变值的影响，然后在逐渐加大动应力条件下，求得不同动应力作用下的应力～应变关系。在每一级动应力σ?作用下，可以求得如图3a)所示的相应动应变ε?曲线。如果试样是理想的弹性体，则动应力σ?与动应变ε?的两条波形线必

7、然在时间上是同步对应的，即动应力作用的同时，动应变随即产生。但土样实际上并非理想弹性体，因此，它的动应力σ?与相应的动应变ε?波形在时间上并不同步，而是动应变波形线较动应力σ?波形线有一定的时间滞后。如果把每一周期的振动波形，按照同一时刻的σ?与ε?值，一一对应地描绘到σ?−ε?坐标系上，则可得到如图3b)所示的滞回曲线。根据定义可知，动弹性模量此时应为此滞回环割线的平均斜率。图3应变滞后与滞回曲线另外，动弹性模量还与振动次数n、动应力σ?大小密切相关。为了求得合适的动弹性模量E?值，需要结合工程设计给定前提条件：确定动应力值及实际的振动

8、周数n值；或者确定适当的动应变ε?值。应尽量采用非线性应力-应变模型来推求动弹性模量E?值，用线性应力-应变关系来确定E?值有一定的欠缺。描述土的非线性应力-应变特性有很多种模型，双曲线模型是