小研近海岸海洋土的等效動(dòng)剪切模量和等效阻尼分析

1、小研近海岸海洋土的等效動(dòng)剪切模量和等效阻尼分析1引言全球的海運(yùn)港口、海峽航運(yùn)航道、海洋石油儲(chǔ)量和海上采油井都位于海岸海 洋，對(duì)于海岸海洋的研究就越來(lái)越受到人們的重視。然而這些海洋工程建筑物除 受靜荷載作用之外，還會(huì)受到風(fēng)，浪，地震等荷載的作用，分布在近岸海洋土表 層的土，如淤泥、粘土、粉質(zhì)粘土、砂土和其下地基土，如殘積土、全風(fēng)化花崗 巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等，土在動(dòng)荷載作用下將會(huì)發(fā)生震動(dòng)弱化， 易使建筑物發(fā)生滑 移和沉降等變形。因此，在進(jìn)行海洋工程建筑物的地基設(shè)計(jì)計(jì)算中，應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定性分析，土的動(dòng)剪切模量比和阻尼比是土動(dòng)力穩(wěn)定分析中兩個(gè)必不可 少的重要參數(shù)。對(duì)于這兩個(gè)參數(shù)的選擇是否符合實(shí)際情

2、況對(duì)計(jì)算結(jié)果的可靠性有 重要影響，也直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。所以本文基于我國(guó)東部部分沿海地區(qū)（如唐山市唐?？h附近的曹妃甸， 江蘇南通的如東，福建省沿海的寧德和福清，以及珠江三角洲地區(qū)的臺(tái)山，陽(yáng)江 等）的實(shí)際工程資料，分析得出海岸海洋土的動(dòng)剪切模量比和阻尼比隨剪應(yīng)變幅 值丫變化的平均曲線、包絡(luò)線及其參數(shù)的推薦值，供實(shí)際工程參考借鑒。2最大動(dòng)剪切模量的確定等效線性粘-彈性模型（Hardin-Drnevich 模型）以線性粘-彈性理論為基礎(chǔ)，同時(shí) 考慮了土體的非線性性質(zhì)，在地震工程中得到普遍應(yīng)用。Gmax為最大動(dòng)剪切模量，可用1/Gmax與動(dòng)剪應(yīng)變幅丫在縱軸上的截距的倒數(shù)求得，這主要是基

3、于 動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合雙曲線模型的假定。 但是實(shí)際的試驗(yàn)曲線往往不滿足這一 假定，所以，本文確定最大動(dòng)剪切模量 Gmax時(shí)，按實(shí)際的回歸曲線上動(dòng)剪應(yīng)變 幅為10-6對(duì)應(yīng)的等效動(dòng)剪切模量作為最大動(dòng)剪切模量 Gmax3 土類的性質(zhì)指標(biāo)本文研究的土類為我國(guó)東部沿海地區(qū)（唐山市唐?？h附近的曹妃甸，江蘇南通的如東，福建 省沿海的寧德和福清，以及珠江三角洲地區(qū)的臺(tái)山，陽(yáng)江等）的淤泥，粘土，粉 質(zhì)粘土，砂土，殘積土，全風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等。4試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)動(dòng)剪切模量比隨剪應(yīng)變幅值 丫變化曲線圖給出本文所研究的我們東部海岸地區(qū)土類的歸一化等效動(dòng)剪切模量比隨剪應(yīng)變幅值丫變化曲線。由圖可見，不論土類，還是區(qū)域

4、的不同，土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系都顯示出非線性和滯后性的一般規(guī)律。一般而言，歸一化等效動(dòng)剪切模量隨動(dòng)剪應(yīng)變幅的增大 而衰減的程度，主要受圍壓的影響，即隨著圍壓的降低衰減加快。本文所研究的 土類也有類似的結(jié)論。且可以看出，歸一化的等效動(dòng)剪切模量隨動(dòng)剪應(yīng)變幅的變 化也與區(qū)域有關(guān)。同一種土類在不同的區(qū)域其大小也是有差別的。通過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)江地區(qū)的動(dòng)模量值偏大，尤其是陽(yáng)江地區(qū)的淤泥質(zhì)土和寧德地區(qū)的淤泥質(zhì)土 的數(shù)值明顯高于其他地區(qū)及其他土類。 但是總體而言，不同地區(qū)的海岸海洋土還 是比較集中的分布在一條窄條帶內(nèi)，歸一化的等效動(dòng)剪切模量相差不大。按土類劃分，將不同地區(qū)的相同土類集中研究。動(dòng)剪切模量與動(dòng)剪應(yīng)變的關(guān)

5、系取值范圍。由圖像得到淤泥質(zhì)土的值最大，在其他土類的上部。而砂土 的范圍比較大，其包絡(luò)線包含了粉質(zhì)粘土，淤泥，全風(fēng)化花崗巖以及互層土。其 中粉質(zhì)粘土（與粘土相同）的上下包絡(luò)線緊靠砂土包絡(luò)線內(nèi)側(cè)， 而淤泥則比較集 中靠近粉質(zhì)粘土的上包絡(luò)線附近。 全風(fēng)化的包絡(luò)線與淤泥比較相近，交叉在淤泥 的兩側(cè)?；油恋纳习j(luò)線在淤泥附近，下包絡(luò)線基本與砂土重合。殘積土的上 包絡(luò)線與砂土上包絡(luò)線很近，而下包絡(luò)線則在淤泥的附近。不同土類的包絡(luò)線范 圍也體現(xiàn)了相應(yīng)土類的歸一化等效動(dòng)剪切模量集中范圍。中所有海岸海洋土土類的平均線再做處理，建議了一般海岸海洋土類歸 一化等效動(dòng)剪切模量與動(dòng)剪應(yīng)變關(guān)系的平均線和包絡(luò)線取值范圍

6、。阻尼比隨剪應(yīng)變幅值丫變化曲線圖給出本文所研究的我們東部海岸地區(qū)土類的等效阻尼比隨剪應(yīng)變幅值丫變化曲線。相關(guān)研究表明，動(dòng)剪切模量越高阻尼比就越低，等效阻尼比隨動(dòng)剪應(yīng)變幅的增大而增大， 隨圍壓 的增大而減小。本文研究結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)上述結(jié)論。比較發(fā)現(xiàn)等效阻尼比隨動(dòng)剪應(yīng)變幅的變化比歸一化的等效動(dòng)剪切模量隨動(dòng)剪應(yīng)變幅的變化離散度大。隨著動(dòng)剪應(yīng)變幅的增大，阻尼比上升也越快，表明土類進(jìn)入較強(qiáng)的非線性，應(yīng)變滯 后于應(yīng)力的現(xiàn)象更明顯。所有地區(qū)土按土類進(jìn)行劃分，得出圖 各種土類等效阻尼比與動(dòng)剪應(yīng)變的 關(guān)系包絡(luò)線范圍。比較不同土類的取值范圍，發(fā)現(xiàn)粘土和淤泥的上包絡(luò)線比較靠 近，而粘土的下包絡(luò)線較低。殘積土與互層

7、土的取值范圍集中在淤泥上下包絡(luò)線 內(nèi)，而砂土的等效阻尼比取值范圍較低，其上包絡(luò)線與淤泥及粘土的下包絡(luò)線比 較接近。不同地區(qū)的土類（淤泥，淤泥質(zhì)土，粉質(zhì)粘土，粘土，粉土，砂土，粉 質(zhì)粘土互粉砂，殘積土，全風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖）等效阻尼比的平均線集 中體?？梢钥闯龅刃ё枘岜扔筛叩降痛笾聻閺?qiáng)風(fēng)化，全分化，殘積土，淤泥，粘 土，互層土，粉質(zhì)粘土，粉土，砂土，最后是淤泥質(zhì)土。當(dāng)動(dòng)剪應(yīng)變?cè)跁r(shí)，以上土類的h%比為：5與國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的比較至今國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)各類土的動(dòng)剪切模量和阻尼比進(jìn)行了大 量的試驗(yàn)研究，得出了很多有價(jià)值的成果。袁曉銘等人對(duì)來(lái)自北京、上海等全國(guó)十幾個(gè)不同地區(qū)的粘土，粉質(zhì)粘土

8、，粉 土，砂土等的研究以及陳國(guó)興和陳繼華等人根據(jù)來(lái)自長(zhǎng)江下游15個(gè)城市七類新近沉積土試驗(yàn)得出了土的動(dòng)剪切模量比和阻尼比隨剪應(yīng)變幅值丫變化的平均曲線、包絡(luò)線及其參數(shù)的推薦值。與本文的區(qū)別在于以上的土類均來(lái)自內(nèi)陸地區(qū)。 通過(guò)比較可以看出，本文所研究的近海岸海洋土的動(dòng)剪切模量與阻尼比稍大。由此可以得出，在海岸地區(qū)土類的動(dòng)剪切模量和阻尼比要略大于內(nèi)陸地區(qū)相同名稱 的土類。張效龍等人對(duì)天津?yàn)I海灘涂淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土和粉砂的最大剪 切模量、動(dòng)剪切模量與阻尼比隨剪應(yīng)變的變化關(guān)系進(jìn)行了分析。其選取的土樣均 來(lái)自海岸海洋土類。比較而言，本文所得到的土樣動(dòng)剪切模量比和阻尼比較其大 些，其原因是所選土樣的區(qū)域

9、不同，參數(shù)確定方法不同。孫靜等人將國(guó)內(nèi)學(xué)者費(fèi)涵昌、蔣壽田、祝龍根、徐存森、袁曉銘等以及 國(guó)外諸多學(xué)者分別對(duì)不同地區(qū)各類土動(dòng)剪模量和阻尼比的資料進(jìn)行了整理分析。 本文所研究的粘土和砂土的數(shù)值與文獻(xiàn)中所整理分析的數(shù)值比較接近。當(dāng)動(dòng)剪應(yīng)變?yōu)?，本文的?dòng)剪切模量數(shù)據(jù)略大，隨著動(dòng)剪應(yīng)變的增大，本文的數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)中 的差距較小。綜上，由于不同學(xué)者對(duì)所選土樣的來(lái)源，種類，試驗(yàn)的手段，分析數(shù)據(jù) 的方法的不同以及土本身的復(fù)雜性和離散性，所給出的G/Gmax -丫和D - 丫關(guān)系曲線存在差異也是必然的。但是本文在我國(guó)東部沿海地區(qū)大量的工程實(shí)際資料基礎(chǔ)上，得出的不同 土類的歸一化的等效動(dòng)剪切模量和阻尼比隨動(dòng)剪應(yīng)變幅變化曲線具有較大的可 信度和參考價(jià)值的。6結(jié)論(1) 土類在不同區(qū)域的歸一化的等效動(dòng)剪切模量和阻尼比隨動(dòng)剪應(yīng)變幅的變 化曲線是有差別的；但不同區(qū)域海岸海洋土歸一化的等效動(dòng)剪切模量和阻尼比隨 動(dòng)剪應(yīng)變幅的變化曲線還是比較集中的。本文給出了一般海岸海洋土歸一化等效 動(dòng)剪切模量及阻尼比與動(dòng)剪應(yīng)變依賴關(guān)系的取值范圍及推薦值，并比較了不同土類歸一化等效動(dòng)剪切模量及阻尼比的取值范圍及大小關(guān)系。本醫(yī)學(xué)論文來(lái)源于醫(yī) 學(xué)論文發(fā)表，(2)通過(guò)與他人研究結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)， 海岸地區(qū)土類的動(dòng)剪切模量和阻尼比