试验研究大纲.ppt

试验研究大纲的编写 主讲 付小敏 成都理工大学环境与土木工程学院 以用 土动力特性试验 研究强夯加固饱和软土地基为例 试验研究大纲的编写 强夯加固饱和软土地基是一个非常复杂的过程 使地基产生一个较大的夯沉量 冲击波作用下地基使地基中的土体骨架和孔隙水承受巨大的压力 与此同时土颗粒发生波动 并使土体发生弹性和塑性变形 还可能局部发生砂土液化 强夯结束后随着孔隙水压力的消散土体强度逐渐增大 地基土触变恢复 因此 强夯的动力学特征主要是量测在冲击荷载作用下 地基土的动应力 动应变 动孔隙水压力与土体特性之间的关系 以及发生液化 塑性 弹性变形的条件等 一 概述 1 通过土动力特性测试 结合现场强夯试验 及强夯模型试验 以研究强夯加固软土地基的机理 2 通过土动力特性测试 结合强夯理论 数值计算及综合分析 以帮助确定强夯施工的动力参数 二 试验目的 本次测试采用成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护 国家重点实验室的MTS815型程控伺服土动三轴试验仪 轴向 围压均以振动形式 具一定频率 振幅及波形 施加 可进行排水 不排水条件下的动应力 动应变 动孔隙水压力测试 试验中 加载 数据采集等均由计算机控制完成 三 试验仪器设备 本次试验是测试上海浦东机场土的动力学特性 而土动力学特性指标的大小取决于一定的土样条件 动力条件 应力条件和排水条件 为了尽可能准确地模拟实际强夯时的动力学特性 土样条件 动力条件 应力条件和排水条件要最大限度地接近实际情况 并且能够反映随着这些条件的变化而引起地基土的动力学条件的变化和地基加固效果的差异 四 试验方案 1 土性条件 本次主要影响因素是土的粒度 含水量 密度和结构 取上海浦东机场试验现场的原状土 干渣 根据现场测定的级配 粒度 比重配备 粉细砂 粉土 除了对原状土测试外 需测试不同的粘粒含量的土的动力学特性 淤泥质土 采用原状土测试 四 试验方案 2 动力条件 主要模拟动力作用的波型 方向 频幅和振动时间 1 波型 波形对土动力学特性的影响是非常明显 强夯是冲击波 拟采用两种波形进行试验 等振幅三角波形 传统的方法 振幅随振次逐渐增加而动应力作用时间逐渐减少的单脉冲冲击波 四 试验方案 2 动力条件 2 振幅 振幅用应力控制 强夯的冲击力很大 根据文献公式和现场测的数据确定本次试验振幅设定为 15 5000KPa 冲击应力公式为 式中 mg 锤重 H 落距 r 夯锤半径 h 每击下沉量 四 试验方案 2 动力条件 3 频率 一定密度和应力条件的砂土 在高频率时比较低频率时更早达到动力屈服 1 等振幅的振动 N1 0 05s N2 1s N3 5s 2 变振幅的振动 设定加荷时间从开始的0 04秒逐渐变化为0 006秒 四 试验方案 3 应力条件 模拟土在静力条件下所处的应力状态 轴向静应力 按试样的深度对应的自重应力确定 侧向应力 按K0 z确定 根据 土工原理及计算 砂性土 K0 1 sin 粘性土 K0 0 95 sin 四 试验方案 4 排水条件 由于冲击荷载作用时间很短 在应力作用期间来不及排水 因此设计为不排水条件 四 试验方案 5 测试内容 1 动应力 动应变关系测试 表征土动力学特征的基本关系 分析土体动力过程一系列失稳过程的重要基础 分析强夯机理的重要基础 用动力反应分析强夯加固地基必不可少的基本关系 四 试验方案 5 测试内容 2 动阻尼特性测试地基的阻尼特性取决于土的种类 土的状态 地基中各点应力的大小 地下水位的高低 基础形状和埋深以及振动的形式等多种因素 通过动阻尼特性测试得到土的阻尼比 以反映土体对夯击能吸收和传递能力的一种参数 通过了解各土层对能量吸收和传递的状况 试图估计整个地层的能量分配情况 四 试验方案 5 测试内容 3 动孔隙水压力测试孔隙水压力是地基土应力 应变的重要影响因素 饱和土在动荷载作用下 孔隙水压力随动荷的强度和持续时间不断升高 当孔隙水压力增大到上覆土层压力时 土粒之间的联结强度和结构状态被破坏 从而发生液化 液化后强度显著降低 应变增大 四 试验方案 5 测试内容 3 动孔隙水压力测试土体在强夯作用下 由于强夯冲击力很大 动应力作用时间很短 孔隙水来不及排出 孔压上升很快 可能发生局部液化 孔隙水压力的消散特性是确定强夯施工工艺的重要依据 孔隙水压力与土性 动力特性的关系是分析强夯机理和优化强夯参数的必要手段之一 四 试验方案 1 试样制备 1 试样大小 圆柱体 尺寸 5 7 11 4cm 2 原状土样 3 重塑土样 用给定的密度和含水率指标重塑土样 4 试样饱和 砂土 侵水饱和 粉土 毛细管饱和 粘性土 抽气饱和 5 试样固结 五 试验步骤 2 施加振动荷载 1 试样固结后施加动应力 2 根据设定的动荷载波型 频率 振幅和振动次数施加动应力 3 测定模量和阻尼比 振动次数达到控制次数 4 动强度和液化 孔压达到侧向压力 五 试验步骤 3 试验数据采集 1 采样时间 0 001秒采集一次 2 在施加振动荷载的同时 采集动应力 轴向变形 侧向变形 动孔隙水应力 并记录振动次数 五 试验步骤 1 动弹性模量 根据动应力 动应变曲线 d d曲线 Ed d曲线 即得不同应变幅值相对应的动模量值 2 阻尼比 根据动应力动应变滞回曲线计算阻尼比 分析阻尼