饱和软粘土动力特性试验研究

饱和软粘土动力特性试验研究
随着海洋资源的开发和海洋空间的利用，越来越多的大型建筑物拔地而起，像海上喷井和海上钻井平台。

在海洋环境下，这些建筑物基础将长时间的暴露在波浪动荷作用下，所以评价建筑物动荷承载力是非常重要的，特别对于是对于饱和软粘土层。

评价粘土海洋钻台基础动承载力的一种方法是建立粘土在动荷作用下的基本关系，然后用弹塑性数值方法计算其承载力[1]。

因为有风荷所造成的动荷载有成千上万种或更多。

由于计算量的巨大，Andersen 等人建立了评价德拉门（Drammen ）粘土承载动力的方法。

该方法假定基础在动荷作用下的潜在破坏面并且通过动三轴和动单剪试验应力状态，模拟了沿潜在破坏面的典型动力破坏应力状态。

在工程实践中很难去实现大量的动三轴和动单剪试验。

临界静力方法是用土的动强度静力承载力方程评价动承载力的一种方法。

这种临界静力方法是要探讨的另一个问题。

但是土的动强度不仅取决与动应力还取决于静应力状态，很显然，通过地基土同一折减强度来评价土体动荷承载力是不恰当的。

后来王建华评价软粘土地基动力承载力的的临界静力法[6，7]。

地基动力承载力的折减，是由静力有限元计算决定的。

总的来说动力强度折减和通过动三轴试验得到。

如果动三轴试验结果能应用于一般应力状态，那么，就必须建立不同应力状态之间的等价破坏关系。

在这篇文章中，通过大量动扭剪试验和动三轴试验，研究了饱和软粘土在不固结不排水（UU ）条件下的动力特性。

通过分析试验结果，Mises 准则可以用于描述饱和软粘土在破坏时的动力破坏行为。

这是应用和推广临界静力、弹塑性动强度模型用于评价动承载力的基础。

1.试验项目
1.1土工试验和土样的准备
饱和软粘土样是通过重塑成样抽气饱和而成，静力不固结不排水强度是12Kpa ，土的基本性质参数见下表1.
表1 土的基本性质参数表
试样初始尺寸如下：动扭剪试验试样，内径3cm ，外径7cm ，高10 cm ：动三轴试验试样，内径3.91 cm ，高8cm 。

粘粒含量<0.005mm 粉粒含量0.005-0.05mm
38.5
18.00
19.80
40.80
21.00
0.89
34.70
51.60
液限%塑性指数液性指数土粒含量
平均含水率%
平均容重
（KN.m-3）塑限%
1.2试验仪器
1.21动扭剪试验
土木工程静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪，有日本诚会社和大连理工大学联合设计制造成功。

这种仪器能模拟出土体的不同初始应力条件，包括均压固结、偏压固结和K0固结。

该仪器能应用于复杂应力状态、静-动三轴试验、静动扭剪试验和主轴连续旋转应力路径试验。

同时还可以应用于不同砂土和粘土的试验测试，满足大应变范围和小应变范围的精确要求。

在不固结不排水条件下用两种围压50kpa、100kpa对饱和软粘土进行了动扭剪试验。

中主应力系数为0.5，中主应力偏转角为45。

，初始应力偏转角为0.
1.2.2 动扭剪试验（CTX）
动扭剪试验是在HX-100电气伺服仪上进行的。

试样在不固结不排水(UU)条件下进行了三种围压试验σ3=50Kpa、10 0Kpa 、150 Kpa。

为了模拟波浪动荷的行为，在两种不同的试验中，施加的动应力按正弦曲线变化，频率为0.2赫兹。

使用统一的破坏标准，由累积应变达到10%时来确定破坏时振次N f。

在同一围压下有四种静力比值0.3，0.4，0.5，0.6。

同时考虑动静耦合作用，动力比取和静力相同的比值。

2.试验结果
2.1广义累积剪应力和循环振次N的关系
广义累积剪应力定义为：
因为在动三轴试验中σ2=σ3，所以广义累积剪应变等于大主应变，也即是。

图1和图2中给出了动扭剪试验两种围压下广义累积剪应变和循环振次的关系。

图3，图4，图5给出了动三轴试验在三中围压下大主应变ε
和循
1
环振次N的关系。

从图中我们可以清晰的看出广义累积剪应变和静应力比、动应力比和循环振次有关。

图1 广义剪应变γg和循环振次N（σ3=50Kpa）关系曲线
图2 广义剪应变γg和循环振次N（σ3=100Kpa）关系曲线
图3 大主应变ε1和循环振次N（σ3=50Kpa）关系曲线
图4 大主应变ε1和循环振次N（σ3=100Kpa）关系曲线
图5 大主应变ε1和循环振次N（σ3=150Kpa）关系曲线
2.2动强度曲线
在动扭剪试验中动强度定义为：
动三轴试验中动强度定义为：
根据广义剪应变和循环振次的关系，动强度曲线是由在某种破坏标准下不同的静力比确定的。

动强度曲线见图6和图7.
图6 动扭剪试验的动强度曲线
图7 动三轴试验的动强度曲线
3.试验结果分析
根据动强度曲线分析两种不同的试验结果，Mises标准能够模拟饱和软粘土在不固结不排水条件下破坏时的动力特性。

不同静力比等于0.3、0.4、0.5、0.6和破坏循环振次N f=100、300、500、800、1000、2000、5000、8000时的莫尔圆和强度曲线见图8.从图中我们能够看到任何情况下的摩擦角φ几乎为0.所以饱和软粘土在UU条件下的动力破坏满足Mises标准。

这种结论是与试验应力状态或围压无关的。

4.结论
文章对饱和软粘土在UU条件下进行了大量的动扭剪试验和动三轴试验并分析了试验结果。

在所有的破坏圆中不同的静力比条件下内摩擦角几乎为0。

很显然，在UU条件下饱和软粘土的动力破坏是满足Mises标准。

这种动力破坏与试验应力状态或围压无关，这种结论可以应用与一般应力状态。

根据Mises标准，能够建立起试验应力状态和一般应力状态在破坏时的等价关系。

通过等价关系从应力方面对饱和软粘土动力特性进行了阐述。

本文意义在于从动三轴试验建立了临界静力、弹塑性动强度模型用于评价软粘土地基承载力。

图8 不同循环振次下的摩尔圆和强度曲线。