土動力學(xué)試驗(yàn)平臺

1、士動力學(xué)實(shí)驗(yàn)室簡介土動力學(xué)實(shí)驗(yàn)室擁有國際上最先進(jìn)的進(jìn)口電液伺服控制雙向動 三軸儀（STX-200）和共振柱測試儀（TSH-100）等設(shè)備，可以完成 砂土、粉土、軟粘土的動力特性（動強(qiáng)度、動模量、動阻尼、液化等） 的測試，地震荷載、交通循環(huán)荷載或波浪循環(huán)荷載作用下軟弱土的軟 化特性及變形特性測試等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。本實(shí)驗(yàn)室為面向土建類本科生的 實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地，承擔(dān)了我校土木工程、地質(zhì)工程、勘查技術(shù)與工程、 工程管理等專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。內(nèi)容涵蓋土力學(xué)、巖土工程勘察、工程地震學(xué)、工程動力地質(zhì)學(xué)、振動與波動基礎(chǔ)等課程的相關(guān)實(shí) 驗(yàn)教學(xué)。同時，還承擔(dān)了地震工程、地質(zhì)災(zāi)害等學(xué)科碩士研究生的實(shí) 驗(yàn)教學(xué)和科研任務(wù)。

2、STX-200電液伺服控制雙向動三軸測試系統(tǒng)特點(diǎn)電液伺服控制雙向動三軸測試系統(tǒng)可以進(jìn)行傳統(tǒng)的三軸試驗(yàn)，即等應(yīng)變速率軸向壓縮試驗(yàn)，也可以進(jìn)行高級試驗(yàn)，例如應(yīng)力或應(yīng)變路徑，雙向動三軸試驗(yàn)。該系統(tǒng)是多用途的，可以進(jìn)行動態(tài)測試如液化強(qiáng)度，回彈模量和動強(qiáng)度等。規(guī)格最大軸向加載力：士 50KN最大位移：100mm標(biāo)準(zhǔn)圍壓和反壓：1000kPa軸向動態(tài)加載頻率：5Hz試樣直徑：38mm, 70mm, 100mm圖1STX-200電液伺服控制雙向動三軸測試系統(tǒng)三、動三軸試驗(yàn)原理動三軸試驗(yàn)是從靜三軸試驗(yàn)發(fā)展而來的，它利用與靜三軸試驗(yàn)相似的軸向應(yīng) 力條件，通過對試樣施加模擬的動主應(yīng)力，同時測得試樣在承受施加的動荷

3、載作 用下所表現(xiàn)的動態(tài)反應(yīng)。這種反應(yīng)是多方面的，最基本和最主要的是動應(yīng)力（或動主應(yīng)力比）與相應(yīng)的動應(yīng)變的關(guān)系（ 5d或m/ 00），動應(yīng)力與相應(yīng)的孔隙壓力 的變化關(guān)系（d-呵。根據(jù)這幾方面的指標(biāo)相對關(guān)系，可以推求出巖土的各項(xiàng)動彈 性參數(shù)及粘彈性參數(shù)，以及試樣在模擬某種實(shí)際振動的動應(yīng)力作用下表現(xiàn)的性 狀，例如飽和砂土的振動液化等。動三軸試驗(yàn)主要將一定密度和含水率的試樣在固結(jié)穩(wěn)定后在不排水條件下 作振動試驗(yàn)。設(shè)定某一等幅動應(yīng)力作用于試樣進(jìn)行持續(xù)振動，直到試樣的應(yīng)變值 或孔壓值達(dá)到預(yù)定的破壞標(biāo)準(zhǔn)， 試驗(yàn)終止。記錄試驗(yàn)中的動應(yīng)力、動應(yīng)變和孔壓 值隨振動周次的變化過程線。采用多個試樣得到動應(yīng)力和破壞周數(shù)

4、的關(guān)系曲線， 即動強(qiáng)度曲線。在地震荷載作用下，進(jìn)行地面動力反應(yīng)分析時，需要確定小應(yīng)變下的剪切模 量和阻尼比；在大應(yīng)變時需確定土的動強(qiáng)度。土在動荷載作用下，土的應(yīng)力、應(yīng) 變及孔隙壓力隨時間（振動次數(shù)）而變，動強(qiáng)度是經(jīng)一定振動次數(shù)后試樣達(dá)到破 壞的振動剪應(yīng)力，振動剪應(yīng)力與破壞周數(shù)的關(guān)系曲線稱為動強(qiáng)度曲線。測定動模 量和阻尼比的方法：作用于試樣的軸向動 應(yīng)力從小幅值開始逐級增大作振動試 驗(yàn)，當(dāng)應(yīng)變波形明顯不對稱或孔壓明顯增大時，試驗(yàn)終止。記錄試驗(yàn)過程中每級荷載的動應(yīng)力和動應(yīng)變曲線，或直接記錄應(yīng)力 -應(yīng)變滯回圈曲線，用以確定各動 應(yīng)變時的動模量和阻尼比。動三軸試驗(yàn)便于施加各種應(yīng)力以適應(yīng)工程實(shí)際， 對各

5、類土制樣方便，可精確 控制應(yīng)力和應(yīng)變，測定孔壓變化，試驗(yàn)設(shè)備和操作方法；但是三軸儀加荷條件與 現(xiàn)場地震應(yīng)力條件差別很大，施加軸向循環(huán)荷載時難以保證壓半周時軸向?yàn)榇笾?應(yīng)力方向，拉半周時軸向?yàn)樾≈鲬?yīng)力方向，每一加荷周期主應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動 90度。、試驗(yàn)操作步驟1、試樣制備及安裝2、試樣飽和3、三向加壓固結(jié)4、施加軸向動力荷載5、數(shù)據(jù)記錄及處理6、試驗(yàn)結(jié)果分析7、試驗(yàn)報告整理四、試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)破壞標(biāo)準(zhǔn)判斷主要有液化標(biāo)準(zhǔn)有 Ud=o3；應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)有f=5%。這里應(yīng)變 只要是試樣達(dá)真正破壞時相應(yīng)的應(yīng)變以及就工程對象所能允許經(jīng)受的破壞應(yīng) 變。根據(jù)動三軸試驗(yàn)結(jié)果分析，我們可以得到動強(qiáng)度比與等效破壞振次的關(guān)系； 地

6、震總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線的繪制； 動孔隙水壓力比與等效振次的關(guān)系；軸向應(yīng) 變與等效振次的關(guān)系；應(yīng)力和永久應(yīng)變關(guān)系。圖2典型的液化和強(qiáng)度試驗(yàn)曲線cz931:口 刪 II 唧 UIIWIIWIKIIi I刪峰I刪哪刪刪刪I.040L1& OLIS a.os9 00ax 2企。1 衛(wèi)章Q。圖3典型的液化和強(qiáng)度試驗(yàn)曲線圖4典型試樣滯回圈形態(tài)圖5試驗(yàn)后已經(jīng)破壞的試樣TSH-100共振柱測試系統(tǒng)特點(diǎn)可以對土體實(shí)心和空心試樣進(jìn)行模量/阻尼共振柱試驗(yàn)；浮動式激振和測量 系統(tǒng)可以進(jìn)行大角度扭轉(zhuǎn)或軸向振動試驗(yàn)； 可獲得粘性土和非粘性土剪切模量和 阻尼比規(guī)格浮動式激振頻率范圍：0到250Hz峰值扭矩：2.33N-m；

7、連續(xù)扭矩：0.78N-m最大剪切行程： 25剪切應(yīng)變范圍：10-610-2光纖應(yīng)變傳感器雙輸出范圍：土0.1mjft 5mm響應(yīng)頻率:15kHz標(biāo)準(zhǔn)圍壓和反壓：1000kPa試樣直徑：35mm, 50mm, 70mm；試件長度為其直徑的 2.02.5倍圖6 TSH-100共振柱測試系統(tǒng)三、實(shí)驗(yàn)原理共振柱儀的基本原理是將一定濕度、密度和應(yīng)力條件下的圓柱或圓筒形土樣 作為一端固定一端自由的桿件體系考慮，以不同頻率的激振力順次使土樣扭轉(zhuǎn)向 振動或縱向振動，改變振動頻率使其產(chǎn)生共振，測定其共振頻率，以確定彈性波 在土樣中傳播的速度，再切斷動力，測記出振動衰減曲線。根據(jù)這個共振頻率和 土樣的幾何尺寸，計(jì)

8、算土樣動模量 Gd或Ed,根據(jù)衰減曲線計(jì)算阻尼比D。共振 柱法是一種無損試驗(yàn)技術(shù)，不破壞土的結(jié)構(gòu)，能十分精確地測定土的動力特性， 其所測應(yīng)變量可低至10-6,最大應(yīng)變量可達(dá)10-2,同時，它的優(yōu)越性還表現(xiàn)在試 驗(yàn)的可逆性和重復(fù)性上，從而可以求得十分穩(wěn)定可靠的結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、試樣制備及安裝2、三向加壓固結(jié)4、激振（1）試樣在較低的應(yīng)變值下激振，測定其模量值和阻尼比（2）逐漸增大激振力（增大應(yīng)變）810次，重復(fù)測定模量和阻尼比（3）增加固結(jié)壓力至下一級，重復(fù)上述步驟（1）和（2）（4）到達(dá)最后一級固結(jié)應(yīng)力（0max）,試樣在低應(yīng)變下激振，測定其模 量值和阻尼比阻尼比5、數(shù)據(jù)記錄及處理6、試驗(yàn)結(jié)果分析7、試驗(yàn)報告整理五、實(shí)