沙土液化動三軸實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、砂土液化動三軸試驗(yàn)報(bào)告一實(shí)驗(yàn)器材振動三軸儀（包括控制部分，加載部分），粉砂，托盤天平，游標(biāo)卡尺，擊實(shí)儀，真空泵等。二實(shí)驗(yàn)原理地震時(shí)，土層中土單元應(yīng)力狀態(tài)可看為如下圖一所示的簡化。地震荷載被看為由自下而上的剪切波引起的，是一種幅值，頻率不斷變化的不規(guī)則運(yùn)動。當(dāng)在振動三軸儀上模型這種應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，將不規(guī)則振動簡化為等效常幅有限循環(huán)次數(shù)的振動，即在試件上模型兩種應(yīng)力狀態(tài)，有效覆蓋壓力引起的靜應(yīng)力0和Ko 0地震均勻循環(huán)剪應(yīng)力為hvo7圖一水平土層土單元應(yīng)力狀態(tài)試件本身應(yīng)在密度，飽和度和結(jié)構(gòu)等方面盡可能模型現(xiàn)場土層的實(shí)際狀況。除取原狀土做實(shí)驗(yàn)外，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)也須準(zhǔn)備重塑試件?？紤]地震過程時(shí)間短暫，地震產(chǎn)生

2、的超孔壓來不及消失，所以實(shí)驗(yàn)室在不排水條件下進(jìn)行的試驗(yàn)。md2為實(shí)現(xiàn)上述模型，本實(shí)驗(yàn)采用不排水循環(huán)載荷三軸試驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)上述模型。假如在試件上先施加各項(xiàng)均等固結(jié)壓力°,后在垂直方向施加二：循環(huán)載荷的同時(shí)，橫向也施加的荷載，如下圖二所示，試件 45度斜面上的應(yīng)力狀態(tài)與圖一相似，其初始法向應(yīng)力為初始剪應(yīng)力為零，與地震前單元水平面承受的0相當(dāng)，雙向循荷載 方 作用并不該變 45度傾斜面上的法向應(yīng)力0值，而只產(chǎn)生循環(huán)剪應(yīng)力d -,相當(dāng)于圖一中右圖的受力情d 2況，即圖二中第（1）欄所示在三軸試驗(yàn)中為了模型所要求的應(yīng)力狀態(tài)。顯然，雙向振動三軸儀能方便地實(shí)現(xiàn)這種應(yīng)力狀態(tài)。而在飽和不排水情況下，單項(xiàng)振

3、動的三軸試驗(yàn)通過空壓修正也能獲得同樣的應(yīng)力狀態(tài)。此時(shí)，施加的應(yīng)力狀態(tài)如同圖二中 （4）欄所示，只在垂直方向施加動荷載d ,當(dāng)軸向增加 d時(shí)，設(shè)想各向均等壓力減少,所構(gòu)成的等效應(yīng)力狀態(tài)恰好與所要求的相同；于此相似，軸向減少d時(shí)應(yīng)當(dāng)增加各向均等壓力 上，由于是飽和不排水的， 各向均等壓力的變化只能引起試件中空隙水壓力的相應(yīng)變2化，對有效應(yīng)力，也即對試件的強(qiáng)度和變形并無影響。換句話說，可以獲得與雙向振動三軸儀試驗(yàn)完全相同的強(qiáng)度和變形值。 對單項(xiàng)振動三軸試驗(yàn)中的實(shí)測孔壓值進(jìn)行修正即可獲得雙向振動時(shí)的相應(yīng)孔壓值，軸向加d時(shí)的修正值為,減d時(shí)修正值為 -y。但是，實(shí)際上很少作這種修正，因人們關(guān)心的主要是強(qiáng)

4、度和變形值。不難看出，只是在三軸試件45度斜面上才大體模型了現(xiàn)場應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)際上還存在若干重要的區(qū)別，例如現(xiàn)場土層靜測壓力系數(shù)ko一般取0.4 （隨土的性質(zhì)而變），最大和最小主應(yīng)力方向分別為垂直和水平方向，振動時(shí)主應(yīng)力方向的擺動不超過40度等，但在振動三軸試驗(yàn)中，試樣的ko等于1,主應(yīng)力方向不斷作 90度變換。因此，在應(yīng)用此試驗(yàn)結(jié)果于現(xiàn)場時(shí)，必須考慮這種差別而做相應(yīng)的修正，此外，完全可以不拘泥于上述應(yīng)力狀態(tài)的模型，而把單項(xiàng)振動液化試驗(yàn)只看做是在這種特定狀態(tài)下的一種液化過程，進(jìn)而著重研究這種液化過程與其他條件下液化過程的異同。圖二軸實(shí)驗(yàn)中土單元應(yīng)力狀態(tài)的模型三試驗(yàn)條件1 土樣選擇為飽和土樣，在制

5、備土樣過程不受擾動。2 將地震隨機(jī)變化的波形簡化為等效的諧波作用，諧波等效幅值為最大峰值的0.65 倍地震方向按水平剪切波考慮，頻率為 1 HZ,初相位為。3 動三軸實(shí)驗(yàn)中，用1 和 3 表示土柱在靜動條件下實(shí)際所受的應(yīng)力狀態(tài)。4 振動三軸實(shí)驗(yàn)在不排水的條件下進(jìn)行。四 試驗(yàn)過程步驟一、制備試樣1、用托盤天平稱取153g 干砂和 10g 水，將兩者均勻混合。2、將土樣分成4份依次裝入擊實(shí)筒中，分層擊實(shí)，每次擊實(shí)高度為2cm,每層擊實(shí)后應(yīng)將試樣表面打毛。最后一次擊實(shí)后，土柱高度為8cm,直彳全為3.91cm,密度為1.697g/cm 3。3、小心將試樣從擊實(shí)筒里取出來，放置在玻璃板上。將橡皮膜用抽

6、氣的方法使其與樣模的周壁緊貼，形成圓柱形空腔，再將其套到土樣上。在土樣端頭兩側(cè)各放一塊透水石，將橡皮膜從樣模翻過來，使二者脫離。4、將套好橡皮膜的土樣安裝到動三軸儀底座上，用橡筋將其上下兩端分別綁扎在上活塞桿和底座上。5、安裝試樣容器筒。為使土樣充分飽和，啟動抽氣機(jī)，從試樣上端開始抽氣，趕走土體內(nèi)部的空氣。在壓力表到達(dá)1 個(gè)大氣負(fù)壓力值后，繼續(xù)抽氣20 分鐘。在壓力室內(nèi)進(jìn)水，直到?jīng)]過排水管，停止抽氣。打開進(jìn)水閥門，從下部給土樣充水，靜置5 分鐘，借助大氣壓力，使試樣飽和。試樣制備工作結(jié)束。步驟二、施加靜載荷通過水對土樣施加100kPa 的圍壓，打開下面排水閥門，使試樣等向固結(jié)。步驟三、施加動荷

7、載，進(jìn)行振動測試施加動荷載要在試樣完全固結(jié)后進(jìn)行。在施加動荷載之前，先關(guān)閉排水閥門。仔細(xì)檢查管路閥門的開關(guān)，測試儀器的零點(diǎn)，和個(gè)旋鈕的位置等是否處于正常狀態(tài)。第一組試驗(yàn)取動剪應(yīng)力比為0.25 ，計(jì)算得到應(yīng)該施加的軸向動荷載幅值為6.1kg ，將其放大1.06 倍，得到6.5kg 。同理，第二組動剪應(yīng)力比為0.22 ，放大后的軸向動荷載幅值為5.7kg ；第三組動剪應(yīng)力比為0.33 ， 放大后的軸向動荷載幅值為8.6kg 。 按幅值為6.5 ， 頻率為1Hz， 振次為 1000的正弦動荷波形輸入控制系統(tǒng)，打開記錄通道，啟動動荷載，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。步驟四、結(jié)束本組試驗(yàn)終止試驗(yàn)后，打開排

8、水管，使孔壓消散到0，關(guān)閉測試設(shè)備，并按與裝樣相反的順序拆卸儀器，取出試樣。3組試驗(yàn)。步驟五、下一組試驗(yàn)重復(fù)步驟一到四，再進(jìn)行步驟六、處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)結(jié)果。五數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)完畢后，對三組試驗(yàn)的資料進(jìn)行整理和計(jì)算，最后以圖和表的形式給出所要求的結(jié)果。EUd (kPa)周次動應(yīng)變曲線動孔壓曲線圖三第一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)EUd (kPa)周次動孔壓曲線動應(yīng)變曲線圖四第二組試驗(yàn)數(shù)據(jù)EUd (kPa)周次動孔壓曲線動應(yīng)變曲線圖五第三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)對于第一組數(shù)據(jù)，取孔壓突然突變的點(diǎn)為強(qiáng)度破壞點(diǎn)，破壞時(shí)循環(huán)次數(shù)Nf =30o同理,對于第二組數(shù)據(jù)，Nf=2;對于第三組數(shù)據(jù)，Nf =250。數(shù)據(jù)計(jì)算如表一。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表c

9、 (kPa)2cNflog Nf0.25301.4771000.2220.3010.332502.398把三組試驗(yàn)結(jié)果匯集起來可以獲得一組常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果，如圖六所示，繪出不同液化破壞 標(biāo)準(zhǔn)下的液化應(yīng)力比和循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系曲線。dlog Nf圖六液化應(yīng)力比與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系六實(shí)驗(yàn)總結(jié)在動應(yīng)力作用的過程中，動孔壓的增大和動應(yīng)變的增大都說明土的原有強(qiáng)度在逐漸減小，不同的動應(yīng)力下有一個(gè)與之相對應(yīng)的剩余強(qiáng)度。到了孔壓等于側(cè)向固結(jié)壓力和對應(yīng)的懂應(yīng)變喇叭口明顯擴(kuò)大的時(shí)刻， 標(biāo)志著土剩余強(qiáng)度的大幅度喪失，甚至達(dá)到零值。在變形充分發(fā)展時(shí)，土上的動應(yīng)力僅有極小的波動變化（試樣外橡皮膜的約束作用），表明土體已經(jīng)不能在承受動應(yīng)力的作用，土體此時(shí)達(dá)到液化狀態(tài)。從曲線可以看出施加的動荷載越大對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)越大，可以看出動荷載的大小與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)成正比關(guān)系。 這個(gè)結(jié)論與基本符合希德根據(jù)若干材料獲得的結(jié)果是相悖的。因此這組試驗(yàn)是不可靠的。分析錯(cuò)誤造成的原因主要有：