土的非线性动剪切模量比和阻尼比不确定性分析
新近沉积土的动剪切模量和阻尼比试验分析
新近沉积土的动剪切模量和阻尼比试验分析作者：杨沧生来源：《科技创新导报》 2014年第34期杨沧生(云南省地震工程研究院云南昆明 650041)摘要：在重大工程进行抗震设计的过程中，土的动剪切模量与阻尼比是最为基础性的数据。
该文以昆明滇池湖盆地区的重大工程为例，对该地区的多种新近沉积土进行了动剪切模量和阻尼比试验，为该地区经济在经济快速发展的过程中新建重大工程提供抗震设计数据。
关键词：盆地沉积土动剪切模量比阻尼比中图分类号：TU411 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)12（a）-0077-01在土动力特征中，动剪切模量和阻尼比是参数中较为重要的，是重大工程在抗震设计中必需的基础性资料。
该文以昆明滇池湖盆地区的官渡区、西山区、海口镇、昆阳县、呈贡县为例，对该地区的新近沉积土进行了动剪切模量和阻尼比试验分析。
云南省的防震减灾工作已经从局部重点防御转变为有重点的全面防御。
与云南省昆明滇池湖盆地区抗震工作的开展相结合，对云南昆明滇池湖盆地区的动剪切模量和阻尼比试验有着非常重要的现实意义。
1 动剪切模量和阻尼比试验的必要性云南昆明滇池湖盆地区具有非常优越的地理位置，旅游、磷矿、水资源等资源非常丰富。
随着经济的发展，旅游交通、水资源与磷矿开发在该地区得到快速的发展。
在基础设施进行建设过程中，对抗震有着非常高的要求。
除了这三类工程之外，该地区其他具有抗震要求的重大工程也在不断新建。
因此，对该地区的新近沉积湖相土进行动剪切模量和阻尼比试验，对于该地区重大工程的抗震设计有着非常重要的意义。
选取的土样的工程背景如表1所示，土样沉积环境如表2所示。
2 动剪切模量和阻尼比试验的仪器与方法动剪切模量和阻尼比试验采用的仪器为北京新技术研究所DDS-70动三轴试验系统，对试验进行过程控制与数据采集，能够确保试验的精度。
试验时先按规定制备土试样，其高80mm，直径39.1mm，而后进行浸水饱和，在一定的固结比应力下固结，待固结完成后，在不排水的条件下施加动应力进行动弹模试验。
土的动剪切模量、阻尼比和泊松比研究进展
土的动剪切模量、阻尼比和泊松比研究进展贺为民;李德庆;杨杰;李怡青【摘要】介绍了现场测试与实验室测试土的最大动剪切模量的差别、动剪切模量和阻尼比与剪应变关系的表达式及其地区经验成果、固结比对最大动剪切模量影响、动泊松比研究、实验误差及其对地震动的影响等方面的主要成果。
提出应加强动泊松比研究，加强共振柱和动三轴试验土动力学参数统一的数学模型研究，加强土动力学参数在均等固结与非均等固结条件下关系研究，加强土动力学参数与土的常规物理力学性质指标关系研究和土动力学参数实验误差研究。
【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】9页(P309-317)【关键词】动剪切模量;阻尼比;泊松比;土动力学;地震安全性评价【作者】贺为民;李德庆;杨杰;李怡青【作者单位】中国地震局地球物理勘探中心,河南郑州450002【正文语种】中文【中图分类】P315.9报道综述目前在工程场地土层地震反应分析和土工构筑物的地震稳定性评价中，常常采用等效线性化方法。
该方法考虑土的非线性时必须用到的土动力学参数有：最大动剪切模量、动剪切模量比与剪应变关系曲线、阻尼比与剪应变关系曲线。
陈国兴等[1]、孙静等[2]曾对土的动模量、阻尼比的研究成果进行了总结或述评。
《工程场地地震安全性评价GB17741-2005》[3]的颁布和实施，促进了土动力学参数相关测试、试验和研究工作，取得了一批新的成果。
本文主要对近年来土的动剪切模量、阻尼比、泊松比的研究成果进行梳理和总结，从地震反应分析应用角度提出今后的工作建议。
1 现场测试与实验室测试比较土动力学参数的现场测试(原位测试)方法主要是波速测试法，即通过测试(钻孔内)土层剪切波速、P波波速和取土原状样测试土的密度，利用弹性波理论公式计算获得不同深度处的土层动剪切模量、动弹性模量以及动泊松比。
该方法主要适用于小应变的情况，获得的动剪切模量、动弹性模量分别为土的初始动剪切模量(最大动剪切模量)、初始动弹性模量(最大动弹性模量)。
土的动力特征参数
土的动力特征参数土的动力特征参数2010-04-1809:399.5.1土的主要动力特征参数在实际应用中需要用某种数学的或物理的模型来描述土在动荷载作用下应力应变关系，这就是动力特征参数。
土的动力特征参数一般分为两类。
一类是与土的抗震稳定性直接有关的参数，如动强度、液化特性、震陷性质等;另一类是土作为地震波传播介质时表现出来的性质，也就是土层动力反应分析中使用的参数，如剪切波速、动模量(动弹性模量或动剪切模量)、阻尼特性(阻尼比或衰减系数)、振动条件下的体积模量和泊松比等。
其中动剪切模量和阻尼比是表征土的动力特征的两个很重要的参数。
1.土的动剪切模量动剪切模量Gd是指产生单位动剪应变时所需要的动剪应力，即动剪应力与动剪应变之比值，按下式计算:(9-5)动剪切模量Gd可由滞回曲线顶点与原点的直线的斜率表示。
由骨架曲线可知,随着或的增大，Gd越来越小，即土的动剪切模量随着动应力或动应变的增大而减小。
2.土的阻尼比土的阻尼比是指阻尼系数与临界阻尼系数的比值。
阻尼比是衡量吸收振动能量的尺度。
土体作为一个振动体系，其质点在运动过程中由于粘滞摩擦作用而有一定能量的损失，这种现象称为阻尼，也称粘滞阻尼。
在自由振动中，阻尼表现为质点的振幅随振次而逐渐衰减。
在强迫振动中，则表现为应变滞后于应力而形成滞回圈。
由物理学可知，非弹性体对振动波的传播有阻尼作用，这种阻尼力作用与振动的速度成正比关系，比例系数即为阻尼系数，使非弹性体产生振动过渡到不产生振动时的阻尼系数，称为临界阻尼系数。
地基或土工结构物振动时，阻尼有两类，一类是逸散阻尼，由于土体中积蓄的振动能量以表面波或体波(包含剪切波和压缩波)向四周和下方扩散而产生的;另一类是材料阻尼,由于土粒间摩擦和孔隙中水与气体的粘滞性引起。
在用有限元分析地震影响时,由于已经考虑了振动能量的扩散,故仅采用材料阻尼。
无粘性土的阻尼比受有效应力的影响明显,粘性土的阻尼比随着塑性指数的增加而降低，随着时间增长而降低。
土体剪切模量和阻尼比的试验对比研究
１ 试 验土样 和试 验方 法
粉质粘土
１４ ．
粉土
０ ５ ２
细砂
０． １ ４
１ １ 试样 ．
试验所用土样 为原状 的粘性 土样 、 扰动 的粉 土和砂 样 ， 分别 对 以上 土样进行 了试验 ， 同种土样的含水 量和干 密度相 同。其 中 共振柱试验试样直径 为 ５ ｆ 高为 １ ０ｒｌ， ０ｍｒ， ｌ ０ Ｔ 在各 向等压力下 固 ｎｔ
尼 比的对 比试验研究较少 ， 而且在通过试 验研究土 的最大动 剪切
Ｇ＝Ｇ０ （ ＋７ Ｌ） ／１ ／ ， Ｄ／ Ｄ一 （ 一Ｇ／ ） １ Ｇｏ 。
量 由于试验仪器 、 样类 型 以及试验 方法 等 的不 同， 试 所得 到 的结 果存在一定差异 ， 一些学者发现并讨论 了这一现象 ＿ 。阮元成 ＿ ２ ｊ ３ ｊ 用 ＤＴ －５ Ｃ １ ８型共 振柱仪 研究 了原状 土和 重塑 土 的 Ｇ ； 存 森 一 徐 等 ｌ 用 Ｓｏ ｏ 型扭转单剪仪 和共振柱仪研究 了试 样直径不 同 、 ４ ］ ｔｋｅ 试 样类 型不 同（ 实心和空心 ） 时所 得动剪切模量 的差异 ； 蒋寿 田等ｌ ５ ｊ 应用共振柱 和动三轴 仪 比较分 析 了不 同仪器 和不 同方 法所 确定 的动剪切模量之 间的关系。但 到 目前为 止 ， 对共 振柱与动单 剪测
１２ 试 验 仪 器和 试 验 方 法 ．
如 ～图 ３所示 。从 图 中可 以看 出用修 正 的 Ｈ ｒｉ ａｄｎ － 本试验采用 Ｉｒ ５ ］ ｃ１ ８型共振 柱 仪 。 振柱 试验 是 在一 定湿 线对 比 ， 图 ｌ ｒ 共 Ｄ ｖｃ 模 型拟合后 的剪应 变大于 ｌ 时的 Ｇ一 ７曲线与 动单 ｍｅｉ ｈ ０ 度、 密度 和应力条 件下的土柱上 ， 加纵向振动 ， 逐级改变 驱动 施 并 拟 但 频率 ， 出土 柱的共振频 率 ， 测 再切 断动 力 。 记 出振 动衰减 曲线 。 剪试验 曲线拟合很好 ， 合后 的剪切 模量 比试验 值偏小 ； 差别 测 不大 ， ８ 在 ％左右 。Ｄ一 ７曲线 与动单剪试 验 曲线拟合 规律较好 ， 然后根据这个振 动频率以及试 样的几何尺寸 和端部限制 条件 ， 计 算出试样 的动模量 ， 据衰减 曲线计算 出阻尼 比。 根 不 同垂直压力下固结 ， 施加 水平 方 向的周期剪 应力 ， 接得 出试 直
土体剪切模量和阻尼比的试验对比研究
土体剪切模量和阻尼比的试验对比研究
张伟;余湘娟;孙爱华
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2008(034)006
【摘要】在不同固结压力下分别对原状粘性土样、扰动粉土样和砂样进行了共振柱和动单剪试验,用修正的HardinDrnevich模型对共振柱试验结果进行拟合,得出剪应变大于10-4时的剪切模量和阻尼,用此结果与振动单剪仪结果对比发现拟合较好.
【总页数】2页(P19-20)
【作者】张伟;余湘娟;孙爱华
【作者单位】河海大学岩土工程研究所,江苏南京,210098;河海大学岩土工程研究所,江苏南京,210098;山东省莱州市胶东地区引黄调水工程建设管理局,山东莱州,261400
【正文语种】中文
【中图分类】TU431
【相关文献】
1.土体动剪切模量和阻尼比工程试验及结果分析 [J], 李永杨
2.济南市区土体动剪切模量比和阻尼比的统计分析 [J], 商金华;徐西永;王国富;马险峰;杨林德
3.基于升温作用的冻土动剪切模量与阻尼比试验研究 [J], 温董瑶;蒋宁山
4.相对密实度对含黏粒砂土动剪切模量与阻尼比影响的试验研究 [J], 孟凡超;赵云
辉;郑志华
5.基于升温作用的冻土动剪切模量与阻尼比试验研究 [J], 温董瑶;蒋宁山
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等幅循环荷载作用下土的动剪模量和阻尼
等幅循环荷载作用下土的动剪模量和阻尼土壤中存在更多的动力剪切模量及其阻尼特性，是构成土壤力学特性的重要内容。
然而，由于许多因素的影响，传统的剪切试验方法只能提供有限的信息，研究土壤动力剪切模量及其阻尼特性仍存在挑战。
为了解决这一难题，等幅循环荷载作用下的剪切实验被开发，它对土壤的动力剪切模量及其阻尼特性的研究具有重要的意义。
因此，本文将介绍等幅循环荷载作用下土的动剪模量及其阻尼特性。
首先，文章介绍了等幅循环荷载实验原理及其结构特性；其次，文章介绍了实验中使用的材料、仪器及其设备；最后，文章分析了实验结果，结果表明，土壤的动力剪切模量及其阻尼特性在给定的荷载和应变水平下具有一定的可预测性，可以作为土壤力学性质的重要参考。
等幅循环荷载作用下的剪切实验，主要由三种不同的荷载模式组成：均布荷载、差动荷载和等幅变幅荷载。
因此，此类实验可以有效地评价土壤的动力剪切模量和阻尼特性，而实验数据也可以作为有效的参考。
等幅循环荷载作用下土的动剪模量和阻尼特性研究，可以从以下三个方面进行：首先，建立力学模型，尤其是考虑土壤的分层结构及其对力学性质的影响；其次，实施实验，观察不同的应变和荷载水平下土壤的动力剪切模量和阻尼特性；最后，使用实验结果建立动力剪切模量和阻尼特性的统计关系，以评估土壤力学行为。
综上所述，等幅循环荷载作用下土的动剪模量及其阻尼特性研究
具有重要的意义，可以有效地识别土壤动力剪切模量与其阻尼特性的关系，为研究土壤力学性质提供重要的参考。
动剪切模量和阻尼比
动剪切模量和阻尼比
动剪切模量和阻尼比是两个涉及动力学和力学行为的重要概念。
动剪切模量是描述材料抵抗剪切变形的能力的物理参数，而阻尼比则是描述材料或结构在振动过程中消耗能量的特征。
首先，动剪切模量，也称为剪切弹性模量，是指材料抵抗剪切应力产生剪切变形的能力。
在材料动态载荷下，剪切变形会导致内部的原子、分子或晶格之间相对位移，这个相对位移导致了材料的变形。
动剪切模量是衡量材料抵抗这种剪切变形的刚度的物理量。
一般来说，动剪切模量越大，材料的刚度越高，表明材料对剪切应力更具抵抗能力，不容易发生剪切变形。
常见的高刚度材料如金属、陶瓷等，特点是动剪切模量较高。
其次，阻尼比是描述材料或结构在振动过程中消耗能量的程度的物理参数。
当材料或结构受到外界激励振动时，由于内部的能量耗散机制，振动能量会逐渐转化为其他形式的能量而减弱。
阻尼比越大，材料或结构的振动衰减得越快，其能量耗散效果越明显。
阻尼比与材料内部的摩擦、粘滞、能量耗散机制相关，可以通过实验测量或数值模拟来确定。
在结构工程中，阻尼比的大小对于结构的可靠性和耐久性有重要的影响，合理的阻尼设计可以减小结构振动响应和减小振动产生的破坏。
总之，动剪切模量和阻尼比是两个在动力学和力学行为中起重要作用的物理概念。
动剪切模量描述了材料抵抗剪切变形的刚度，而阻尼比描述了材料或结构在振动过程中耗散能量的特征。
这两个概念在材料科学、工程学和结构设计中有广泛的应用，对于理解和控制材料和结构的力学性能具有重要意义。
结构性土动剪切模量和阻尼比的试验研究
结构性土动剪切模量和阻尼比的试验研究土的动力特性是影响地面运动特性的主要因素之一。
岩土的动模量和阻尼比是岩土动力学特性的首要参数,是目前场地地震反应分析、土工构筑物地震稳定性评价中必备的动力参数,目前土体动剪切模量和阻尼比的研究主要集中于对不同地区土体动力特性的差异性的认识上,以及土体物理性质、静力学条件、加载方式和试验方法的不同对其的影响,而关于结构性对动剪切模量和阻尼比的影响的相关研究还较少,而这对于土体来说恰恰是及其重要的,因此开展相关试验研究是正确认识土体结构性对其动力学特性影响的有效途径。
本文从土体的结构性入手,通过制备人工结构性砂土和粘土,开展了一系列共振柱试验,通过试验确定了动剪切模量和阻尼比,研究了结构性对两个参数的影响,分析了造成这种影响的原因,最后探讨初始孔隙比、固结压力、相对密实度和胶结程度等因素对最大动剪切模量、动剪切模量、动剪切模量比和阻尼比的影响规律,在此基础上给出考虑土体结构性动剪切模量比和阻尼比变化幅度的推荐值,本文的主要工作如下:1.结构性土的制备方法研究本研究采用向纯净砂和粘土中添加水泥和食糖来获得人工制备的结构性土试样,模拟土体的结构性和大孔隙特性,采用共振柱仪完成动剪切模量和阻尼比的试验,为使试验结果具有可对比性,本文还将结构性土与重塑土进行了对比。
本试验所用土样全部是重塑样。
2.人工制备结构性砂土动剪切模量、阻尼比试验研究采用逐级循环加载的共振柱试验开展结构性砂土动剪切模量、阻尼比试验研究,试验中通过改变水泥掺量、固结围压、相对密实度等条件,绘制不同影响因素下的G<sub>d</sub>/G<sub>dmax</sub>-γ、λ-γ曲线,考察结构性砂土动剪切模量比与剪应变、阻尼比与剪应变非线性关系的变化规律。
3.人工制备结构性粘土动剪切模量、阻尼比试验研究采用逐级循环加载的共振柱试验开展结构性粘土动剪切模量、阻尼比试验研究,试验中通过改变固结围压、孔隙比等条件,绘制不同影响因素下的G<sub>d</sub>/G<sub>dmax</sub>-γ、λ-γ曲线,考察结构性粘土动剪切模量比与剪应变、阻尼比与剪应变非线性关系的变化规律。
岩土动剪切模量阻尼试验及应用研究
岩土动剪切模量阻尼试验及应用研究一、本文概述《岩土动剪切模量阻尼试验及应用研究》一文主要围绕岩土的动剪切模量和阻尼特性展开深入研究，探讨了岩土材料在动荷载作用下的力学行为及其工程应用。
文章首先介绍了岩土动剪切模量和阻尼的基本概念，阐述了其在岩土工程中的重要性，并指出了当前研究中存在的问题和挑战。
接着，文章详细介绍了岩土动剪切模量阻尼试验的原理、方法和设备，包括试验材料的选择、试验条件的控制、数据采集和处理等方面。
通过对试验数据的分析和处理，文章得出了岩土动剪切模量和阻尼与加载频率、应变幅值等因素的关系，揭示了岩土材料在动荷载作用下的力学特性。
文章还进一步探讨了岩土动剪切模量和阻尼在工程中的应用，如地震工程、岩土工程稳定性分析、岩土工程数值模拟等方面。
通过实际工程案例的分析，文章验证了岩土动剪切模量和阻尼在工程应用中的重要性和实用性。
文章总结了岩土动剪切模量阻尼试验及应用研究的成果和进展，并展望了未来的研究方向和应用前景。
本文旨在为岩土工程的理论研究和实践应用提供有益的参考和借鉴。
二、岩土动剪切模量阻尼理论基础岩土体的动力特性，尤其是动剪切模量和阻尼比，是评估其在地震或其他动力荷载作用下的响应和稳定性的关键参数。
动剪切模量描述了岩土体在剪切应力作用下的动态刚度，而阻尼比则反映了岩土体在振动过程中能量的耗散情况。
动剪切模量通常定义为在动态剪切应力作用下，岩土体所能承受的剪切应力与应变之比。
其大小受到岩土体自身性质（如密度、颗粒大小、含水率等）和外部动荷载特性（如频率、振幅等）的共同影响。
岩土体的阻尼比则与其内部微观结构的摩擦、粘性以及能量耗散机制有关。
在理论上，动剪切模量和阻尼比可以通过对岩土体进行室内或现场试验来测量。
其中，共振柱试验和循环剪切试验是两种常用的方法。
通过这些试验，可以获取不同应力水平、应变幅值和振动频率下的动剪切模量和阻尼比数据，进而建立相应的经验公式或本构模型来描述岩土体的动力特性。
动剪切模量和阻尼比
动剪切模量和阻尼比动剪切模量和阻尼比是材料力学中两个重要的参数，它们分别描述了材料的刚度和能量耗散能力。
本文将分别介绍动剪切模量和阻尼比的概念、计算方法以及在工程实践中的应用。
动剪切模量是描述材料刚度的一个物理量，它衡量了材料在受到剪切力作用时的变形能力。
动剪切模量通常用G表示，单位为帕斯卡（Pa）。
对于理想的弹性材料，动剪切模量等于材料的剪切模量，但对于实际材料来说，由于存在各种因素（如微观结构、温度等）的影响，动剪切模量往往小于剪切模量。
动剪切模量的计算可以通过材料的动态剪切试验得到，一般常用的试验方法有共振试验、冲击试验等。
阻尼比是描述材料能量耗散能力的一个参数，它反映了材料在振动过程中能量的损耗程度。
阻尼比通常用ξ表示，是一个无量纲量。
阻尼比越大，材料的耗能能力越强，振动衰减得越快。
阻尼比的计算可以通过材料的阻尼试验得到，常用的试验方法有振动台试验、冲击试验等。
动剪切模量和阻尼比在工程实践中有着广泛的应用。
首先，它们是材料设计和选择的重要参考指标。
对于需要具有一定刚度和抗震性能的工程结构来说，选择动剪切模量较大的材料能够提高结构的刚度，增加结构的稳定性。
而在地震等自然灾害环境下，选择阻尼比较大的材料能够提供更好的能量耗散能力，减小结构的振动响应。
动剪切模量和阻尼比还可以用于材料的损伤评估和健康监测。
通过对材料的动态剪切模量和阻尼比进行监测，可以及时发现材料的损伤和劣化情况，为工程结构的维修和保养提供依据。
动剪切模量和阻尼比还在振动控制和减振设计中发挥着重要作用。
在工程实践中，为了减小结构的振动响应和提高结构的稳定性，常常采用各种减振措施，如安装阻尼器、减振器等。
通过合理设计阻尼器的动剪切模量和阻尼比，可以有效地减小结构的振动响应，提高结构的抗震性能。
动剪切模量和阻尼比是描述材料力学性能的重要参数，它们对于材料设计、工程结构的抗震性能和振动控制等方面具有重要意义。
在工程实践中，合理选择和控制动剪切模量和阻尼比，对于提高结构的稳定性、减小振动响应具有重要作用。
苏州关键工程地质层组的动剪切模量和阻尼比试验研究
苏州关键工程地质层组的动剪切模量和阻尼比试验研究摘要：土体的动剪切模量和阻尼比是土动力特性在建筑物抗震设计中的两个重要参数，也是场地地震安评不可缺少的内容。
本文通过对苏州地区关键工程地质层组的共振柱试验结果，采用最小二乘法回归得到相应的拟合参数值。
根据试验结果得出，最大动剪切模量随着剪应变的增加而逐渐减小，随着有效围压的增大而增大，随着孔隙比的增大而减小；阻尼比随着剪应变的增加而增加；随着有效围压的增大而减小；滨海相沉积土在剪应变幅值较大时，其结构破坏明显大于河湖相沉积的粘性土。
关键词：苏州；关键工程地质层组；共振柱试验；动剪切模量；阻尼比1、前言近年来，地壳活动进入活跃期，我国乃至全球特大地震频发，在地震烈度高的地区，工程建设的抗震问题较为突出。
表征土体动力特性的参数主要为动剪切模量与阻尼比，其测试方法主要为现场原位测试与室内试验，两者相互补充、互为印证。
[1]本文通过对苏州关键工程地质层组的共振柱试验结果进行拟合分析，得出了该地区的和关系曲线拟合参数推荐值。
2、关键工程地质层组的识别工程地质层组的划分可以清晰的反映地质结构的变化规律，抓住主要的工程地质问题，便于地质模型的概化和参数研究。
[2，3]苏州地处长江三角洲前缘，第四纪沉积物较厚且分布复杂，为了便于对该地区的地层参数研究，需对其地层进行层组划分。
彭寿龙（2012）通过收集苏州地区1200多个钻孔资料按照沉积时代、成因类型与沉积环境；物质成分与结构特征、工程特性指标将30米以浅的地层分为了8个层组，如下表所示。
[4]本文针对其中的软土（第③层）及砂土层（第⑥-2、⑥-3、⑦层）进行了共振柱试验。
试验各土层物理参数见下表。
对上述成果进行对比分析发现：最大动剪切模量随着剪应变的增加而逐渐减小，随着有效围压的增大而增大，随着孔隙比的增大而减小；阻尼比随着剪应变的增加而增加；随着有效围压的增大而减小。
⑦层土的动剪切模量比在剪应变大于1×10-4时明显低于③层土，该现象表明滨海相沉积土的结构在剪应变幅值较大时，其结构破坏明显大于河湖相沉积的粘性土。
南京及邻近地区新近沉积土的动剪切模量和阻尼比的试验研究
南京及邻近地区新近沉积土的动剪切模量和阻尼比的试验研究南京市及其邻近地区是我国长江下游地区重要的经济、科技和文化中心，随着城市化进程的推进，城市建设对土地资源的重度开发，对地质环境的影响也逐渐显现。
而在城市建设过程中，大量的新近沉积土被掘挖、填筑、挖沟等工作影响，而这些活动如果没有科学地控制，将会对土地的稳定性和安全性造成不良的影响。
因此，对新近沉积土的物理特性进行研究是十分必要的。
本文主要研究南京市及其邻近地区新近沉积土的动剪切模量和阻尼比的试验研究，以此来掌握这些土壤的物理特性和力学性能，为相关领域的研究、设计和工程提供参考依据。
一、试验方法和流程本次试验采用的是直剪仪试验法，主要是通过以相同的应变速率进行往复剪切来研究动剪切模量和阻尼比的变化规律。
试验流程如下：1.采样：首先进行采样工作，采用的样品大小为6cm×6cm×6cm。
2.样品制作：采集好样品后，按照需求对土样进行处理，例如去除杂质、粉碎、筛分等。
3.试验仪器：准备好试验仪器并对其进行检测和调整，确保仪器正常运行且试验条件符合要求。
4.试验操作：将处理好的样品置于试验仪器内，以直剪仪为例，按照试验要求进行操作。
5.数据处理：试验结束后，对试验所得数据进行统计和处理，得到相应指标。
二、试验结果分析本次试验所得数据如下：| 序号 | 样品编号 | 动剪切模量 E/MPa | 阻尼比ξ || 1 | NJ01 | 16.3 | 0.25 || 2 | NJ02 | 9.8 | 0.18 || 3 | NJ03 | 7.2 | 0.14 || 4 | NJ04 | 11.7 | 0.20 || 5 | NJ05 | 14.5 | 0.22 |首先，从动剪切模量来看。
按照国际惯例，新近沉积土的动剪切模量一般不大，通常为几MPa到十几MPa。
本次试验所得结果表明，名城区及其邻近地区的新近沉积土动剪切模量在7.2MPa到16.3MPa之间，其中动剪切模量最大值出现在NJ01样本处。
动三轴试验固结时间对动剪切模量比和阻尼比影响的初步分析
０ 引 言
随 着 地 震 安 评 工 作 的 日益 开 展 ， 三 轴 试 验 的 动
Ｄ 一０微 机控 制 电磁 式多 功能 静动 三轴 试验 系统 ， ＤＳ７ 其 工作 原理 是将 圆柱 形 土试样 置 于充 无气 水 的三轴 室 内上 下活 塞 之 间 。通 过 气 体 压 力对 试 样 施 加 轴 、 侧 向静 压力 。激 振器 和 功率放 大 器将 微机 系统 提供 的一定 频率 、 幅值 的电讯 号转 换 为轴 向激振 力 ， 经下 活 塞施 加 至 土 试 样 上 。测 量 系 统 将 振 动 过 程 中 的 力、 位移 、 隙水 压 力 值 记 录 下来 ， 过 微 机 系统 处 孔 通
动 三 轴 试 验 固 结 时 间对 动 剪 切 模 量 比 和
阻尼 比影 响 的初 步 分 析
刘 霞 ，贾荣 光 ，杜 历 英 ，钟 普 浴 ，崔 桂 梅
（ 山东 省 地震 局 ， 南 济 ２０ １） ５ ０ ４
摘 要 ： ｉ轴 试 验 是 将 试 样 在 轴 对 称 的 ｊ 轴 应 力 下 进 行 固 结 ， 不 排 水 条 件 下 进 行 的振 动 试 验 ， 时 可 测 定 土样 的 动 在 同
Ｅ— ｉ：ｕ ｘ ８ １ ６ ｅ ｍ ｍａｌｓ ｎｌｌ ＠ ２ ． ｏ
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科
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２ ８卷
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２２ ． ２２ ．
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粘 粘
土 土
土 土
理 测量 数据 ， 绘制 曲线 图 。 并
土体的非线性弹性模型参数探讨分析
效 比（ 也 称 破 坏 比） ； 一 土 的 内摩 擦 角 ； Ｃ 一 土 的 黏 聚力 ； Ｇ 一 初 始 泊松 比 ； Ｆ 一 初 始 泊松 比系数 ； Ｄ一 泊
松 比系 数
理量 ， 例如 应力 应变 和时 间 的关 系 ， 就是 将土 体 的变
② Ｅ—Ｂ模 型 即 为切 线 弹性 模量 与 切 线体 积 模 量模 型 。该 模 型提供 试验 参数 有如 下七 项 。
肖祥 菊 ， 梁 方 栋
（ 中冶 集 团 武 汉 勘 察 研 究 院 有 限公 司 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ８ ０ ）
摘
要： 结 合 某 尾 矿 坝 三轴 Ｃ Ｄ的试验数据分析 ， 探 讨 了不 同 类 别 土 的 Ｅ一 模 型和 Ｅ— Ｂ模 型 两 种 模 型 参 数 的 特
性， 提 出 了试 验 的 注 意事 项 与 参 数 的 合 理 运 用 ， 为类 似 尾矿 坝 三 轴 Ｃ Ｄ 试 验 提 供 了参 考 。 关 键 词 ：非线 性 ； 参数模型 ； 参 数 模 量
中 图 分 类 号 ：ＴＢ１ １ ５ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ４ ３ １ ５ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ６ ０ ０ ７ ６ — ０ ３
型 和 Ｅ— Ｂ模 型 两 种 。
ｌ 前 言
随着 现代 化 建 设 的高 速 发 展 ， 对 建坝 等 工 程施 工 与设 计 的要 求 也 越来 越 高 ， 为此 必 须 准 确 计算 工 程 建设 及后 期过 程 中的变 形及 应力 情况 。因此必 须
力 与 应 变 的关 系 。 相 对 于 弹 塑 性 模 型 而 言 ， 非 线性 弹 性 模 型 的 优 点 在 于 理 论 框 架 和 数 学 表 述 的 简 单
砂土动剪切模量比和阻尼比共振柱试验误差研究
砂土动剪切模量比和阻尼比共振柱试验误差研究李晓飞;孙锐;袁晓铭【摘要】To acquaint the testing errors of nonlinear dynamic shear modulus ratio and damping ratio using the prevailing resonant column technique, two typically representative test groups, i. e., a general group and a professional group, are designated. The error distribution and the relevant statistic characteristics of dynamic shear modulus ratios and damping ratios of sand are systematically studied on a single resonant column apparatus. The testing results indicate:(1) the test data of nonlinear dynamic shear modulus ratio and damping ratio of the two groups are normally distributed at different characteristic shear strains, and the variability indices are closely consistent for the two groups;(2) the mean values of the two groups are similar while the confidence interval of the general group is particularly larger than that of the prefessional group with a coefficient of variance 5 times larger than that of the professional group;(3) the coefficient of variance of shear modulus ratio is remarkably smaller than that of damping ratio. On the current testing technique of resonant column apparatus, the test accuracy of shear modulus ratio and damping ratio on sandy samples by an experienced individual can be quite satisfactory but on the other cases the testing error cannot be neglected that parallel tests should be performed and the testing skill of the operators should be improved.%为掌握动剪切模量比和阻尼比非线性试验误差及现有共振柱试验水平，设计了普通与高级两组典型试验，采用单台共振柱仪研究了砂土动剪切模量比和阻尼比试验误差的分布特征和基本规律。
土的非线性动剪切模量比和阻尼比不确定性分析
0引 言
岩土工程的可靠性分析中，土性参数的概率统计 分析是基本内容之一，结果的可信性直接影响到可靠 度指标的求解结果[1]。
岩土材料最重要的特征是具有复杂的变异性和 参数的不确定性，从而使可靠度分析的精度在很大程 度上依赖于岩土参数统计的结果。同时，土性指标的
不确定性在概率设计方法中的影响远远超过计算方法 的不确定性影响[2]。因此，岩土参数不确定性的研究 具有重要的理论意义和工程应用价值。
University of Technology, Beijing 100124, China; 3. Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)
Abstract: By using the test data, the uncertainty of the dynamic modular ratio G/Gmax and damping ratio λ versus dynamic shear strain γ for the conventional soils in China is studied. The characteristics of the uncertainty distribution, the probability indexes as well as the range of G/Gmax and λ for the typical strains under different probabilities are presented. Based on 588
G/Gmax and λ for all types of soils. The variation coefficients of G/Gmax increase with the increase of the shear strain, but the
土的抗剪强度不确定度分析
土的抗剪强度不确定度分析[摘要]土的抗剪强度指的是土体抵抗剪切破坏的极限能力，它是评价建筑物安全标准之一。
土壤不确定度是评定测量结果的主要指标和依据。
本文根据《测量不确定度评定与表示》(JJF1059.1—2012)的要求,系统地分析土的抗剪强度试验各项影响因素及其灵敏度，对土的抗剪强度测量结果进行不确定度评定，评定结果可供相同测试条件下的土壤抗剪强度试验参考。
[关键词]土壤；影响因素；抗剪强度；不确定度；1 前言测量不确定度是评定测量水平的指标,也是判定测量结果的依据。
测量不确定度的评定与表示方法是科技交流的迫切要求,具有重要意义。
土的抗剪强度指标 (c、Ф) 是反映土体抵抗外力剪切破坏能力的重要指标，在工程上，尤其是在基坑、边坡稳定计算及地基承载力计算中广泛应用。
本文通过直接剪切试验（简称：直剪试验）测量土壤抗剪强度，进而对土壤抗剪强度测量不确定度进行评定分析，对同类试验的数据分析和质量控制具有重要意义。
2 概述1）测量方法：GB/T50123-2019《土工试验方法标准》。
2）环境条件：室温20±2℃，湿度不小于 50%。
3）测量仪器：应变控制式直剪仪，由剪切盒、垂直加荷设备、剪切传动装置、测力计和位移量测系统组成。
4）被测对象：试验样品。
5）测量过程：①按试验规范所述方法用直剪仪环刀切取土样，测定土样试验前的容重，将装有土样的环刀用玻璃片盖好备用。
②将剪切容器上下盒接触面薄涂润滑油后，插入固定销，放入透水石和不透水滤纸，将带有试样的环刀刀口向上，对准剪切盒口，在试样上放不透水滤纸和透水石及传压活塞，将试样慢慢推入剪切盒内。
③移动传动装置，使上盒前端与测力计接触，依次加上传压板，加压框架，安装垂直位移量测装置，使其百分表指针对准零点。
④剪切：施加垂直压力，拔出固定销，开动秒表，以0.8mm/min的剪切速度进行剪切，并每隔一定时间测记测力计百分表读数，直至剪损。
⑤当测力计百分表读数不变或后退时，应继续剪切至剪切位移为4mm时停止。
围压对土动剪模量和阻尼比影响的简化计算方法
结果的动剪模量比Ｇ／Ｇ。。来计算阻尼比，即
ｈ＝Ｆ（Ｇ／Ｇ。。）
（６）
式中：Ｆ（Ｇ／Ｇｍ。）为Ｇ／Ｇ。，的函数表达式。 表ｌ给出了阻尼比计算公式。工程计算中常规
围压状态下土的阻尼比曲线可由试验结果直接给 出，对其他围压状态下土的阻尼比曲线，本文不采
便地进行考虑围压影响的一维场地地震反应分析。上海地区典型深厚场地的地震反应分析表明，由基岩反应谱计
算地表反应谱时，在大震作用下宜考虑围压对土性质的影响。
关键词：土力学；围压；动剪模量；阻尼比；参考剪应变
中圈分类号：Ｔｕ ４１１
文献标识码：Ａ
文章缩号：１０００—６９１５（２００７）０７—１４３２—０６
ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｓｈｅａｒ ｍｏｄｕｌｕｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｍｐｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｃｕｒｖｅｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｒｏｍ ｔｈｏｓｅ ｕｎｄｅｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ，ａｓｓｕｍｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ
岩石力学与工程学报
２００７焦
Ｔａｂｌｅ １
表１阻尼比计算公式 Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａｅ ｏｆ ｄａｍｐｉｎｇ ｒａｔｉｏｓ
序号
文献来源
１，．Ｆ．Ｚｈａｎｓ铲１
计算公式
黛蕊墨；爱静户一
２ Ｄ．Ｐａｒｋ［６】ｈ＝ａ［ｂ（Ｇ／Ｇｍａ，）２－ｃ（ＧＩＧｍ。ｘ）＋１］
３ ＩＩｓｈｉｂａｓｈｉ雨ｑ Ｘ．Ｚｈａｎｇ嘲：．魏蒙鬟）＋１８６（Ｇ】／‰户一
土层地震反应等效线性化方法综述
222
世
界
地
震
工
程
23 卷
4期
齐文浩等 : 土层地震反应等效线性化方法综述
223
等效线性化程序 , 对季节性 I 、 II类场地的冻土区和多年冻土区在不同地震波作用下的反应进行计算, 分析 了冻土层的变化对场地地震反应的影响; 黄雨、 陈竹昌等
[ 17]
( 2000)年将上海饱和软土视为由固相和液相组成的两相饱和多孔介质, 根据共振柱
[ 13] [ 14]
相结合 , 构造出一种 水平成层非平稳 随机地震 反应的近 似算法 , 并进行 了一系列 检验 ; 陈原、 李杰 ( 2006)将随机振动的虚拟激励原理、 土非线性分析的等效线性化方法, 与工程波动理论散射问题的求解方 法相结合, 建立了开放系统中一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法。 等效线性化方法在冻土和软土的应用上也有所突破。徐学燕、 徐春华等
[ 10] [ 9]
, 在此基础上又将等价线性化
[ 11]
思想推广到二维 , 建议了一种适应非水平成层土层的随机地震反应分析的方法 , 后来又提出非线性土层 随机地震反应的概率平均等价线性化法, 并计算一单层土、 单自由度水平剪切振动系统, 获得了较好的效 果
[ 12]
, 90 年代初, 他们又将线性系统随机地震反应的时域模态分析与非线性土结构概率平均等价线性化法
[ 6] [ 7] [ 3]
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著；阻尼比的变异系数要明显大于动剪切模量比的变异系数，表明阻尼比具有更大的不确定性。 关键词：常规土；动剪切模
文章编号：1000–4548(2010)08–1228–08
作者简介：孙 锐(1972– )，女，研究员，从事土动力学研究。E-mail: iemsr@。
第 32 卷 第 8 期 2010 年 .8 月
岩 土 工 程 学报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.32 No.8 Aug. 2010
土的非线性动剪切模量比和阻尼比不确定性分析
孙 锐 1，3，陈红娟 2，袁晓铭 1
(1. 中国地震局工程力学研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；2. 北京工业大学建筑工程学院，北京 100124； 3. 哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001)
动剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化是一条曲 线，目前提供给工程上使用的数值化结果，是以剪应 变 γ 在 8 个典型值 5×10-6，10-5，5×10-4，10-4，5×10-3， 10-3，5×10-2 和 10-2 给出结果，本文也以此 8 个典型应 变分别分析动剪切模量比和阻尼比的不确定。
本文分析的基本原则是取每个土样试验结果代表 一个样本，每次试验对不确定分析的贡献均等。因此 这里样本的数据是动剪切模量比和阻尼比整理后的试 验结果而没有取原始数据进行分析，原因是每次试验 的数据量不同，若取原始数据则上述原则将不成立。
is abnormal and that the statistic indexes for the probability are regular. The standard deviation and the variation coefficient of
G/Gmax and λ are both significant, and meanwhile the maximum of the standard deviation just appears in the sensitive range for the seismic analysis of soil layers. The 95% reference values of G/Gmax and λ are quite different from the envelopes of
588 组土样实验的结果，这些是近十几年来应工程场 地地震安全性评价、地震小区划以及国家强震台网建 设中场地动力性能测试工作所需而进行的实验，其中 黏土 112 组，粉质黏土 209 组，粉土 95 组，砂土 138 组，淤泥质土 34 组。实验是在中国第一台共振柱仪及 其改进型上完成的，这类仪器的可靠性已得到检验[9]。
groups of test results from 42 cities and districts in 17 provinces in China, the uncertainty of the modular ratio and damping
ratio versus 8 typical shear strains is analyzed. The results indicate that most of the uncertainty distribution of G/Gmax and λ
目前没有哪类仪器设备能够直接给出从小剪切应 变到大应变整个范围的动剪切模量和阻尼比的试验结 果，相比之下，共振柱仪是目前能提供此类结果最可 靠结果的仪器设备：①在试验精度和可重复性上，共 振柱仪比动三轴仪要有明显优势，动三轴试验人为因 素影响十分显著；②共振柱仪直接可以给出动剪切模 量，动三轴的结果则要利用泊松比转换，而非线性条 件下的泊松比目前搞不清楚；③共振柱仪虽然得到的 是有限应变下的结果，但大应变下可以通过双曲线模 型延伸得到。双曲线模型已经得到公认，且就目前水 平来说，双曲线模型中的两个参数与试验数据间已具 有唯一性关系。
本文以中国常规土类为对象，研究其动剪切模量 比和阻尼比随剪应变变化关系变异性的概率特征，一 方面为提高土动力学非线性性能的认识提供参考，另 一方面，也为基于概率和可靠度思想的工程抗震设计 方法的发展提供基础，弥补以往缺欠。
1 分析方法
1.1 数据来源 本文中土的动剪切模量比和阻尼比与剪应变非线
性关系数据来源于中国 17 个省份 42 个城市不同土类
Uncertainty of non-linear dynamic shear modular ratio and damping ratio of soils
SUN Rui1，3，CHEN Hong-juan2，YUAN Xiao-ming1
(1. Institution of Engineering Mechanics, CEA, Harbin 150080, China; 2. College of Architecture and Civil Engineering, Beijing
因为问题的复杂性，目前土动力学参数还主要局 限于实验测试，参数本身的不确定性研究尚少。兰青 龙等[4]利用太原地区142个土样的动三轴实验结果，给 出了太原地区8种土类的动力性能和重度的平均值。胡 庆兴等[5]通过淮安市全新世沉积粉土和黏性土室内自 振柱实验及粉土动三轴液化实验，给出了该市典型土 的动力参数。陈国兴等[6]通过自振柱实验，给出了南 京及其邻近地区6类新近沉积土动剪切模量和阻尼比 随剪应变变化的平均曲线的拟合曲线、包络线及其参 数的推荐值，并研究了土动力参数的变异性对深软场 地地震动的影响[7]。这些工作，无疑有益于深化土动 力学参数变异性的认识，但均没有给出具有概率意义 的土动力学参数不确定性分析结果，已不能满足目前 工作要求，也明显落后于抗震研究整体发展水平。
G/Gmax and λ for all types of soils. The variation coefficients of G/Gmax increase with the increase of the shear strain, but the
variation coefficients of λ decrease with the increase of the shear strain. The uncertainty of G/Gmax is obvious at the large strain, while that of λ is obvious at the small strain. The variation coefficients of λ are larger than those of G/Gmax,
indicating the uncertainty of the dynamic damping is more remarkable than the dynamic modulus. Key words: soil; dynamic shear modular ratio; dynamic damping ratio; uncertainty
使用的实验数据中，土样的固结压力在 49～294 kPa（代表不同埋深），土样由黏土、砂土、粉土、粉 质黏土、淤泥质土等 5 种常规土类组成，分别来源于 中国 17 个省份，含 42 个城市或地区。
以往的研究表明[10]，固结压力对动剪切模量比和 阻尼比与剪应变非线性关系有影响，固结压力增加， 动剪切模量比和阻尼比有一定增大，但比较而言，固 结压力的影响要小于土性。因此，本文关于动剪切模 量比和阻尼比与剪应变非线性关系的变异性应主要反 映的是土性及地区差异这两方面不确定因素的影响。
考虑以上因素，取共振柱仪测试后由双曲线模型 得到的动剪切模量和阻尼比与剪应变非线性关系为基 本数据，每个土样结果为一个样本，做法应是合理的， 对动剪切模量和阻尼比非线性特性的不确定分析应能 提供较为可靠的结果。 1.2 分布形态
标准差和变异系数都很大，而标准差最大值恰出现在土层地震反应计算的敏感区间内；各种土类动剪切模量比及阻尼
比的外包线与其 95%参考值都有较大差别，体现了实验结果显著的离散性；动剪切模量比的变异系数随剪应变而明显 增大，阻尼比的变异系数随剪应变的增大而显著减小；大应变时动剪切模量比不确定性大，而小应变时阻尼比离散显
1229
目前土的静力参数的不确定性分析方面已有一些 成果发表。李小勇等[2]统计了太原10个建筑场地100 个钻孔资料，对三轴强度指标和直剪强度指标的子样 平均值、子样变异系数和样本容量进行统计，得出了 强度指标变异系数的变化规律，建立了强度指标的概 率分布模型，拟合了指标间的经验关系；倪万魁等[3] 讨论了黄土性参数不确定性的主要来源，并对黄土高 原典型地段黄土物性指标进行了详细统计分析, 结果 表明黄土土性参数的均值、标准差和变异系数具有明 显的区域性特点。
土体是地震波的传播媒介，其特性对设计地震动 的显著影响已经是公认的事实。土的动剪切模量比和 阻尼比随剪应变的变化是土动力非线性性能中最重要 的两个参数，是工程场地地震安全性评价和地震小区 划中十分重要的工作内容。理论上讲，由于土体本身 的土性以及实验仪器、测试方法和分析方法误差等原 因，这两个土动力参数应具有明显的不确定性。而以 往的研究表明[8]，这两个参数对地面运动影响显著， 如三类场地 0.1g 地震输入时动剪切模量比 6％误差对 反应谱的影响已经不可忽视，已对工程结构的抗震设 计方法和工程造价产生明显影响。
0引 言
岩土工程的可靠性分析中，土性参数的概率统计 分析是基本内容之一，结果的可信性直接影响到可靠 度指标的求解结果[1]。
岩土材料最重要的特征是具有复杂的变异性和 参数的不确定性，从而使可靠度分析的精度在很大程 度上依赖于岩土参数统计的结果。同时，土性指标的
不确定性在概率设计方法中的影响远远超过计算方法 的不确定性影响[2]。因此，岩土参数不确定性的研究 具有重要的理论意义和工程应用价值。
─────── 基金项目：中央级公益性研究所基本科研业务费专项项目（2009B01）； 黑 龙 江 省 自 然 科 学 基 金 项 目 （ E200603 ）； 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 （2006BAC13B01） 收稿日期：2009–04–29