沙土液化动三轴实验报告

砂土液化动三轴试验报告
一 实验器材
振动三轴仪（包括控制部分，加载部分），粉砂，托盘天平，游标卡尺，击实仪，真空泵等。

二 实验原理
地震时，土层中土单元应力状态可看为如下图一所示的简化。

地震荷载被看为由自下而上的剪切波引起的，是一种幅值，频率不断变化的不规则运动。

当在振动三轴仪上模型这种应力状态时，将不规则振动简化为等效常幅有限循环次数的振动，即在试件上模型两种应力状态，有效覆盖压力引起的静应力0γσ和00K γσ地震均匀循环剪应力为hv τ。

图一 水平土层土单元应力状态
试件本身应在密度，饱和度和结构等方面尽可能模型现场土层的实际状况。

除取原状土做实验外，在实验室内也须准备重塑试件。

考虑地震过程时间短暂，地震产生的超孔压来不及消失，所以实验室在不排水条件下进行的试验。

为实现上述模型，本实验采用不排水循环载荷三轴试验来实现上述模型。

假如在试件上先施加各项均等固结压力0σ，后在垂直方向施加2
d
σ±
循环载荷的同时，横向也施加2
d
σm
的荷载，如下图二所示，试件45度斜面上的应力状态与图一相似，其初始法向应力为0σ，初始剪应力为零，与地震前单元水平面承受的0γσ相当，双向循荷载2
d σ作用并不该变45
度倾斜面上的法向应力0σ值，而只产生循环剪应力2
d
d στ=
，相当于图一中右图的受力情
况，即图二中第（1）栏所示在三轴试验中为了模型所要求的应力状态。

显然，双向振动三轴仪能方便地实现这种应力状态。

而在饱和不排水情况下，单项振动
0γσ0
τ0
γσ
的三轴试验通过空压修正也能获得同样的应力状态。

此时，施加的应力状态如同图二中（4）栏所示，只在垂直方向施加动荷载d σ±，当轴向增加d σ时，设想各向均等压力减少
2
d σ，
所构成的等效应力状态恰好与所要求的相同；于此相似，轴向减少d σ时应当增加各向均等压力
2
d σ，由于是饱和不排水的，各向均等压力的变化只能引起试件中空隙水压力的相应变
化，对有效应力，也即对试件的强度和变形并无影响。

换句话说，可以获得与双向振动三轴仪试验完全相同的强度和变形值。

对单项振动三轴试验中的实测孔压值进行修正即可获得双向振动时的相应孔压值，轴向加d σ时的修正值为
2
d σ，减d σ时修正值为2
d
σ-。

但是，实
际上很少作这种修正，因人们关心的主要是强度和变形值。

不难看出，只是在三轴试件45度斜面上才大体模型了现场应力状态。

实际上还存在若干重要的区别，例如现场土层静测压力系数0k 一般取0.4（随土的性质而变），最大和最小主应力方向分别为垂直和水平方向，振动时主应力方向的摆动不超过40度等，但在振动三轴试验中，试样的0k 等于1，主应力方向不断作90度变换。

因此，在应用此试验结果于现场时，必须考虑这种差别而做相应的修正，此外，完全可以不拘泥于上述应力状态的模型，而把单项振动液化试验只看做是在这种特定状态下的一种液化过程，进而着重研究这种液化过程与其他条件下液化过程的异同。

图二 轴实验中土单元应力状态的模型
三 试验条件
1 土样选择为饱和土样，在制备土样过程不受扰动。

2 将地震随机变化的波形简化为等效的谐波作用，谐波等效幅值为最大峰值的0.65倍地震方向按水平剪切波考虑，频率为1 HZ ，初相位为π。

3 动三轴实验中，用1σ和3σ表示土柱在静动条件下实际所受的应力状态。

4 振动三轴实验在不排水的条件下进行。

四 试验过程
步骤一、制备试样
1、用托盘天平称取153g 干砂和10g 水，将两者均匀混合。

2、将土样分成4份依次装入击实筒中，分层击实，每次击实高度为2cm ，每层击实后应将试样表面打毛。

最后一次击实后，土柱高度为8cm ，直径为3.91cm ，密度为1.697g/cm ³。

3、小心将试样从击实筒里取出来，放置在玻璃板上。

将橡皮膜用抽气的方法使其与样模的周壁紧贴，形成圆柱形空腔，再将其套到土样上。

在土样端头两侧各放一块透水石，将橡皮膜从样模翻过来，使二者脱离。

4、将套好橡皮膜的土样安装到动三轴仪底座上，用橡筋将其上下两端分别绑扎在上活塞杆和底座上。

5、安装试样容器筒。

为使土样充分饱和，启动抽气机，从试样上端开始抽气，赶走土体内部的空气。

在压力表到达1个大气负压力值后，继续抽气20分钟。

在压力室内进水，直到没过排水管，停止抽气。

打开进水阀门，从下部给土样充水，静置5分钟，借助大气压力，使试样饱和。

试样制备工作结束。

步骤二、 施加静载荷
通过水对土样施加100kPa 的围压，打开下面排水阀门，使试样等向固结。

步骤三、 施加动荷载，进行振动测试
施加动荷载要在试样完全固结后进行。

在施加动荷载之前，先关闭排水阀门。

仔细检查管路阀门的开关，测试仪器的零点，和个旋钮的位置等是否处于正常状态。

第一组试验取动剪应力比为0.25，计算得到应该施加的轴向动荷载幅值为6.1kg ，将其放大1.06倍，得到6.5kg 。

同理，第二组动剪应力比为0.22，放大后的轴向动荷载幅值为5.7kg ；第三组动剪应力比为0.33，放大后的轴向动荷载幅值为8.6kg 。

按幅值为6.5，频率为1Hz ，振次为1000的正弦动荷波形输入控制系统，打开记录通道，启动动荷载，观察实验现象并记录实验结果。

步骤四、结束本组试验
终止试验后，打开排水管，使孔压消散到0，关闭测试设备，并按与装样相反的顺序拆
卸仪器，取出试样。

步骤五、下一组试验重复步骤一到四，再进行3组试验。

步骤六、处理试验数据，分析试验结果。

五数据处理
试验完毕后，对三组试验的资料进行整理和计算，最后以图和表的形式给出所要求的结果。

图三第一组试验数据
图四第二组试验数据
图五 第三组试验数据
对于第一组数据，取孔压突然突变的点为强度破坏点，破坏时循环次数f N =30。

同理，对于第二组数据， f N =2；对于第三组数据，f N =250。

数据计算如表一。

表一 试验数据表
c σ（kPa ）
2d
c
τσ f N
log f N
100 0.25
30 1.477 0.22 2 0.301 0.33
250
2.398
把三组试验结果汇集起来可以获得一组常规试验结果，如图六所示，绘出不同液化破坏标准下的液化应力比和循环次数之间的关系曲线。

图六 液化应力比与循环次数之间的关系
六 实验总结
在动应力作用的过程中，动孔压的增大和动应变的增大都说明土的原有强度在逐渐减小，不同的动应力下有一个与之相对应的剩余强度。

到了孔压等于侧向固结压力和对应的懂应变喇叭口明显扩大的时刻，标志着土剩余强度的大幅度丧失，甚至达到零值。

在变形充分发展时，土上的动应力仅有极小的波动变化（试样外橡皮膜的约束作用），表明土体已经不能在承受动应力的作用，土体此时达到液化状态。

从曲线可以看出施加的动荷载越大对应的循环次数越大，可以看出动荷载的大小与应力循环次数成正比关系。

这个结论与基本符合希德根据若干材料获得的结果是相悖的。

因此这组试验是不可靠的。

分析错误造成的原因主要有： 1、
在制备试样的过程中，击实筒壁没有充分润滑，导致将击实后的土样从筒里移出来的时候，土体受到扰动，结构破坏。

2、 在安装试样的过程中，不小心碰到土样，使土样扰动。

3、 在绑扎橡皮筋的时候，没有绑扎好，导致漏气。

4、
在给土体抽气的时候，没有达到指定的压强，导致土内仍存在气体，土样不能充分饱和。

f
N。